空间机器人抓捕目标后姿态接管控制

doi:10.7527/S1000-6893.2014.0283

材料工程与机械制造

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空间机器人抓捕目标后姿态接管控制

王明^1,2, 黄攀峰^1,2, 孟中杰^1,2, 常海涛^1,2

1. 西北工业大学航天学院智能机器人研究中心, 西安 710072;
2. 西北工业大学航天飞行动力学技术重点实验室, 西安 710072

收稿日期:2014-09-09 修回日期:2014-10-09 出版日期:2015-09-15 发布日期:2014-10-23
通讯作者: 黄攀峰男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向: 空间机器人学与遥操作,导航、制导与控制。 Tel: 029-88460366 E-mail: pfhuang@nwpu.edu.cn E-mail:pfhuang@nwpu.edu.cn
作者简介:王明男, 博士研究生。主要研究方向: 空间机器人控制、组合航天器控制。 Tel: 029-88460366 E-mail: wangmingnwpu@126.com
基金资助:
国家自然科学基金 (11272256, 61005062)

Attitude takeover control after capture of target by a space robot

WANG Ming^1,2, HUANG Panfeng^1,2, MENG Zhongjie^1,2, CHANG Haitao^1,2

1. Research Center of Intelligent Robotics, School of Astronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China;
2. National Key Laboratory of Aerospace Flight Dynamics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China

Received:2014-09-09 Revised:2014-10-09 Online:2015-09-15 Published:2014-10-23
Supported by:
National Natural Science Foundation of China (11272256, 61005062)

摘要/Abstract

摘要：

针对姿轨控系统已经失效的目标航天器姿态控制问题,提出一种空间机器人抓捕目标后姿态接管控制方法。该方法首先利用空间机器人抓捕目标航天器,并保持在固定构型形成组合航天器;其次确定参数突变后组合航天器新的惯量主轴、主惯量和控制力矩分配矩阵;然后在状态空间建立组合航天器的非线性误差姿态动力学;最后采用-α稳定度设计方法来设计服务航天器的SDRE姿态接管控制器,并通过θ-D求解方法得到SDRE控制器的次最优控制律,实现服务航天器对目标航天器的姿态接管控制。仿真结果表明,相比传统的SDRE控制器设计,基于-α稳定度设计的SDRE控制器能够使得系统闭环极点远离虚轴,θ-D求解方法可以降低计算量,因此具有更好的稳定性和实时性。

关键词: 航天器, 接管控制, 姿态控制, 空间机器人, 目标抓捕, 次最优控制

Abstract:

For the attitude control of target spacecraft whose attitude and orbit control systems have failed, a takeover control approach is proposed that the attitude is controlled after capture of target spacecraft by a space robot. Firstly, the space robot captures a target spacecraft and remains in a fixed configuration to form a combined spacecraft. Then, the new principal axes of inertia, main inertia and allocation matrix of control torque of the combined spacecraft are determined due to the parameter mutation of the combined spacecraft. Furthermore, the attitude error dynamics of the combined spacecraft is established in the form of state space. Finally, the SDRE takeover controller is constructed based on the -α stability design for the service spacecraft, which is solved by the θ-D method to obtain the sub-optimal control law of SDRE controller and achieve the takeover control of target spacecraft attitude by the service spacecraft. Numerical simulations have demonstrated that compared with the traditional SDRE control, the SDRE controller based on the -α stability design can make the closed-loop poles of system away from the imaginary axis, and the θ-D solving method can reduce the computation burden, hence it has better stability and real-time performance.

Key words: spacecraft, takeover control, attitude control, space robot, target capture, sub-optimal control

中图分类号:

V448.2

王明, 黄攀峰, 孟中杰, 常海涛. 空间机器人抓捕目标后姿态接管控制[J]. 航空学报, 2015, 36(9): 3165-3175.

WANG Ming, HUANG Panfeng, MENG Zhongjie, CHANG Haitao. Attitude takeover control after capture of target by a space robot[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2015, 36(9): 3165-3175.

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Attitude takeover control after capture of target by a space robot

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