空间站转位组装过程姿态控制技术研究

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1、上海交通大学工程硕士生学位论文空间站转位组装过程姿态控制技术研究学校：上海交通大学院系：电子信息与电气工程学院自动化系班级：Z1003223学号：1100322094工程硕士生：樊蓉工程领域：控制工程导师Ⅰ：张卫东教授导师Ⅱ：张崇峰研究员上海交通大学2014年11月20日ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityforMasterDegreeofEngineeringATTITUDECONTROLSTUDYFORTHESPACESTATIONREDOCKINGPROCESSAuthor：FanRon

2、gSpecialty:ControlEngineeringAdvisorⅠ:Prof.ZhangWeidongAdvisorⅡ:Prof.ZhangChongfengShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaNov.20,2014上海交通大学工程硕士学位论文摘要空间站转位组装过程姿态控制技术研究摘要以载人航天三期工程的空间站在轨组装任务为背景，根据空间站利用转位机构进行组装的特定任务需求，对转位组装过程中的多体动力学建模进行研究，对转位机构连接体的转位路径与运动参数进行规划；针对组装过程中空间站组合体的多体结构

3、、变构型变参数、刚柔运动耦合等特点，设计了组合体的飞行姿态模式与控制方案，主要工作如下：明确输入条件。参考“和平号”空间站转位机构关键参数，提出适应于我国空间站组装的转位机构初步参数，计算了空间站的质量特性、刚柔耦合系数，确定了控制力矩陀螺和姿态测量敏感器参数。转位组装过程动力学建模研究。采用拟拉格朗日方程，推导了带有大柔性附件的空间站组合体转位组装过程中的多体系统动力学模型，建立了适合于控制系统设计的模型。转位组装过程干涉影响分析与转位路径规划研究。基于ADAMS动力学仿真软件，对舱段转位过程帆板之间的干涉情况进行仿真。推导出帆板干涉模型，解算出帆板间产

4、生干涉的条件，确定了最佳转位路径。转位组装过程运动参数规划研究。基于ADAMS动力学仿真软件，对转位过程的帆板振动位移、帆板振动产生的干扰力矩进行仿真与分析，对舱段转位过程对组合体产生的干扰力矩和干扰角动量进行仿真与分析，确定了转位过程的最佳运动角速度。转位组装过程的空间站组合体姿态控制技术研究。基于Lyapunov稳第I页上海交通大学工程硕士学位论文摘要定性理论，设计了一种鲁棒性强的非线性控制算法，保持转位过程中组合体的姿态对地定向稳定，但引起单框架控制力矩陀螺（Single-gimbalControlMomentGyro，SGCMG）角动量饱和问题。喷

5、气动量卸载会带来控制与结构耦合，因此设计了力矩平衡姿态（TorqueEquilibriumAttitude，TEA）飞行模式来避免力矩陀螺角动量饱和，通过仿真分析比较，最终确定了转位组装过程中组合体的最佳飞行姿态模式与控制算法。关键词：空间站组装,转位机构,鲁棒姿态控制,力矩平衡姿态,控制力矩陀螺第II页上海交通大学工程硕士学位论文ABSTRACTATTITUDECONTROLTECHNOLOGYRESEARCHFORTHESPACESTATIONREDOCKINGPROCESSABSTRACTThethirdstageofChinesemannedspa

6、ceengineeringwillbeimplementedthroughon-orbitassembly.AccordingtotheparticulartechnologicalrequirementsfortransferringmanipulatorsystembuildingtheSpaceStation,thecorrespondingmulti-bodieskinemicsmodelwasestablished;themotionpathandparameterswereprogrammed.Theflightattitudemodeandc

7、ontrolschemeforassemblewerealsodesignedonthebasisofthecharacteristics,suchasmulti-bodyconstruction,alteringstructureandparameters,couplingbetweenrigidandflexiblemovements.Themainworkissummarizedasfollows:1.Theinputconditionsweredetermined.ConsideringMirSpaceStation,theinitialparam

8、etersfortransferringmanipulatorsy