基于航天器姿轨耦合模型的非线性前馈控制

中国空间科学技术 ›› 2010, Vol. 30 ›› Issue (6): 11-16.

基于航天器姿轨耦合模型的非线性前馈控制

铁钰嘉, 岳晓奎, 曹静

（西北工业大学航天学院，西安 710072)

收稿日期:2010-05-24 修回日期:2010-06-23 出版日期:2010-12-25 发布日期:2010-12-25
通讯作者: 铁钰嘉西北工业大学航天学院硕士研究生。 E-mail:lily-tyj79@163.com
作者简介:铁钰嘉 1988年生，2008年毕业于西北工业大学航天学院飞行器设计与工程专业，现为西北工业大学航天学院硕士研究生。研究方向为航天器动力学建模与控制。
基金资助:
国家自然基金资助（10772145）

Nonlinear Feed Forward Control on Attitude andOrbital Coupling Model for Spacecraft

TIE Yu-Jia, YUE Xiao-Kui, CAO Jing

(Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072)

Received:2010-05-24 Revised:2010-06-23 Published:2010-12-25 Online:2010-12-25

摘要/Abstract

摘要： 对于航天器编队飞行和交会对接来说，精确的相对轨道和姿态模型尤其重要，而单独考虑相对轨道模型无法满足其高精度要求，因此从非线性相对轨道动力学方程和修正罗德里格斯参数（MRPs）表示的姿态运动学方程出发，建立了六自由度的相对动力学方程。在模型建立过程中考虑了耦合和非线性因素，保证了模型的精度。针对耦合非线性动力学方程设计了非线性前馈控制律，并通过李雅普诺夫直接法证明闭环系统的全局渐近稳定性。数值仿真算例验证了建立模型和控制律的有效性。

关键词: 非线性控制, 姿轨耦合模型, 类拉格朗日方程, 修正罗德里格斯参数, 相对运动, 航天器

Abstract: Precise relative orbit and attitude model play a significant role in the spacecrafts formation flying, rendezvous and docking. Nevertheless, the independent relative orbital model can't meet the high precision requirements. Based on the nonlinear relative motion dynamics equations and attitude kinematics equations described by modified Redrigues parameters (MRPs), a relative dynamic model of 6 DOF was developed. The accuracy of the model is guaranteed with couplings and nonlinear terms′supporting. Nonlinear feed forward control law was designed for the coupled nonlinear dynamic model, whose close loop system was proved to be global asymptotic stable by Lyapunov direct method. The numerical simulations results verify the effectiveness of the model and control law.

Key words: Nonlinear control, Attitude and orbital coupling model, Quasi Lagrange equation Modified Redrigues parameters, Relative motion, Spacecraft

铁钰嘉, 岳晓奎, 曹静. 基于航天器姿轨耦合模型的非线性前馈控制[J]. 中国空间科学技术, 2010, 30(6): 11-16.

TIE Yu-Jia, YUE Xiao-Kui, CAO Jing. Nonlinear Feed Forward Control on Attitude andOrbital Coupling Model for Spacecraft[J]. Chinese Space Science and Technology, 2010, 30(6): 11-16.

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