考虑质心漂移的载人月面着陆器自适应姿态跟踪控制

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1、航天返回与遥感第34卷第4期34SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2013年8月考虑质心漂移的载人月面着陆器自适应姿态跟踪控制田林果琳丽王平侯砚泽（中国空间技术研究院载人航天总体部，北京100094）摘要月面着陆器在下降着陆过程中质量变化大，质心漂移及其引起的姿态扰动问题突出。载人月面着陆任务对安全性可靠性要求高，如何提高姿态控制的精度和稳定度是着陆任务顺利实施的关键。文章提出采用反作用控制系统和推力矢量控制的联合姿态控制方案，设计了自适应姿态控制器及质心漂移自适应估计器，通过李雅普洛夫方法证明闭环姿态控制系

2、统稳定，引入反作用控制和推力矢量控制的误差特性以检验控制器的鲁棒性。数值仿真结果表明该控制方案可行，所设计自适应姿态控制器能使姿态控制系统稳定，推力矢量控制侧摆能使推力指向跟踪质心，可为工程应用提供参考。关键词质心漂移姿态跟踪自适应控制载人月面着陆器中图分类号:V448.22文献标志码:A文章编号:1009-8518(2013)04-0034-09DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2013.04.005AdaptiveAttitudeTrackingandControlofMannedLunarLanderbyCo

3、nsideringOffsetofCenterofMassTIANLinGUOLinliWANGPingHOUYanze（InstituteofMannedSpaceSystemEngineering,CAST,Beijing100094,China）AbstractMassoflunarlandervarieslargelyduringtheprocessofdescentandlanding,andtheproblemsofcenterofmassoffsetandattitudedisturbancebroughtbytheoffs

4、etarecritical.Missionofmannedlunarlandinghashighrequirementsforsafetyandreliability,sohowtoimprovetheaccuracyandstabilizationofattitudecontrolisthekeypointofsuccessfulpowereddescent.UsingcombinedRCS(ReactionControlSystem)andTVC(ThrustVectorControl)toconductattitudecontrol

5、isproposed.Basedonthelunarlander'sattitudekinematicanddynamicmodels,adaptiveattitudecontrollerandestimatorofcenterofmassoffsetaredeveloped.Stabilityofclosed-loopattitudecontrolsystemisprovedviaLyapunovmethod,whileerrorcharacteristicofRCSandTVCisimportedtoverifythecontroll

6、er'srobustness.Numericalsimulationresultsshowthatthecon-trolschemeisfeasible,andthedesignedadaptiveattitudecontrollercanmaketheattitudecontrolsystemstableandTVCtrimcanmakethethrustdirectionfollowingthecenterofmass.Allofthiscanbeasareferenceforengineeringapplication.Keywor

7、dsoffsetofcenterofmass;attitudetracking;adaptivecontrol;mannedlunarlander1引言月球一直是人类深空探测的首选目标，进入21世纪以来美国、俄罗斯、欧空局等国家和机构均将载收稿日期：2013-03-21第4期田林等:考虑质心漂移的载人月面着陆器自适应姿态跟踪控制35[1-2]人登月列入其航天发展战略中。载人月面着陆器的动力下降过程可分为主减速、调姿下降、悬停避障[3-5]及缓速下降等阶段，控制的最终目标就是在保证乘员安全的前提下实现准确稳定地着陆。与一般在轨航天器不同，月

8、面着陆器推进剂质量占着陆器总质量的75%左右，动力下降时推进剂持续消耗会导致月面着陆器质量特性快速变化，特别是质心的漂移会引入大量级的力矩扰动。动力下降任务周期短，月面[6]着陆器姿态控制的精