基于模型预测控制的纯引力轨道航天器控制方法
纯引力轨道可用于导航卫星精确轨道预报、空间基础物理实验、大气密度高精度瞬时测量、高精度重力场测量等.内编队卫星系统用于高精度重力场测量,通过内外卫星编队构建纯引力轨道.内卫星在外卫星腔体中心,不受非保守力摄动,沿着纯引力轨道运行.在大气阻力、太阳光压等摄动下对外卫星进行轨道控制,精密跟踪内卫星,为达到重力场高精度测量目标,要求内外卫星质心偏差小于5cm.针对纯引力轨道高精度的控制需求和强干扰的动力学特性,提出了一种采用大气阻力补偿的模型预测控制方法.每个采样瞬间由当前时刻的状态观测值作为初始状态,求出滚动有限时域内最优控制序列,实施第一个控制作用.建立了内编队卫星系统离散状态方程,考虑推力器约束、内外卫星相对误差约束,内外卫星相对状态的终端约束,保证控制的稳定性.以控制加速度为设计变量,目标函数是包含卫星相对状态量和控制量的二次价值函数,通过二次规划求解最优控制序列.由于内卫星运行于外卫星腔体中心,卫星系统受J2影响很小,大气阻力为主要摄动.加入大气阻力补偿控制,燃料消耗更少.仿真结果表明,342km轨道高度上,卫星质量150kg,迎风面质比0.0015,质心偏差优于5cm.模型预测控制应用于纯引力轨道控制是有效的,能够快速得到满足任务需求的解.
航天器 纯引力轨道 动力学特性 控制方法
刘帅
国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073
国内会议
哈尔滨
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2011-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）