文档介绍：南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
本课题依据微小卫星自主性、快速性和可靠性的发展要求,以规避过程中的挠性卫星及其
姿态控制系统为应用背景,对连续推力作用下的在轨卫星轨道规避流程和规避变轨过程中的挠
性卫星姿态控制系统容错控制进行了探索性的研究工作,主要内容如下:
总结国内外相关的在轨卫星轨道规避技术。针对连续推力作用下的在轨卫星,从理论上给
出基于碰撞概率法的轨道规避基本流程。将规避问题通过给定中间过渡轨道转化为最优轨道转
移问题,以高度分离法和沿迹分离法为依据选取中间过渡轨道,并在基于修正赤道轨道六要素
的轨道动力学模型基础上,利用遗传算法求解时间最优的轨道转移问题,使在轨卫星能够以一
定的安全距离规避空间碎片或其他在轨航天器。最后仿真对比规避机动前后外推的碰撞概率
值,验证本文所提出的规避技术的合理性。
建立轨控期间挠性卫星姿态控制系统的动力学模型和运动学模型,分析规避过程中轨道推
力对姿态运动和挠性附件的影响以及三者之间的耦合关系。对姿态控制系统执行器故障进行分
类与建模,建立配置 4 个反作用飞轮的挠性卫星姿态控制系统执行器故障模型。在上述基础上,
采用反步自适应变结构被动容错控制方法和基于自适应变结构的新型容错控制策略保证轨控期
间挠性卫星姿态控制系统的稳定,并以分布式智能部件作为执行器设计补偿项以抑制挠性结构
的变形和振动。最后仿真验证所提出的两种容错控制的可行性及所设计的振动抑制补偿器的有
效性。
最后,根据第三章提出的在轨卫星轨道规避流程,开发演示软件,并进行相应的功能验证。
关键词:规避;碰撞概率;轨道转移;遗传算法;挠性卫星;容错控制;反步自适应;变结构
I
挠性卫星规避过程中的姿态控制系统容错控制研究
Abstract
Aiming at the requirements of speediness, stability and reliability, the evading flexible satellite and its
attitude control system are regarded as the application background in this paper. This paper makes
experimental research on the collision avoidance maneuver strategy of on-orbit satellite and fault-
tolerant control for flexible satellite attitude control system during orbit key
contributions are summarized as follows:
Domestic and overseas collision avoidance maneuver strategies are summarized first. A theoretical
orbit collision avoidance maneuver method is proposed based on the collision probability warning
criterion. Given the safe parking orbit, the continuous-thrust orbital avoidance problem is formulated
to the typical trajectory optimization problem with path constraints. Two maneuver procedures (de-
orbit and de-contrail) are established to calculate the safe orbit, and during the avoidance maneuver,
the orbit transfer is optimized by using the ic algorithm.
Secondly, the attitude control system model of flexible satellite with four reaction wheels is
established and the coupling relations between the orbital motion, the attitude and the flexible
vibration are analyzed. Based