[发明专利]一种航天器六自由度固定时间交会对接控制方法

说明书

一种航天器六自由度固定时间交会对接控制方法，考虑了推进器安装偏差，包括考虑服务航天器存在推进器安装偏差的情况下，构建其与翻滚目标航天器的六自由度交会对接运动模型，该模型包括两个航天器之间的相对位置和相对姿态运动描述；基于建立的考虑推进器安装偏差的交会对接运动模型，利用相关运动变量，获得新固定时间滑模面；基于滑模面获得固定时间交会对接控制器，并构建新的自适应律来估计推进器安装偏差角，该方法具有固定时间特性，控制精度高，防止参数过估计等优点，适用于有较高实时性要求的六自由度航天器交会对接控制任务。

技术领域

本发明涉及航天器控制技术领域，主要应用于航天器交会对接中的六自由度运动控制，具体涉及一种考虑推进器安装偏差的航天器六自由度固定时间交会对接控制方法。

背景技术

目前，随着航天技术的发展，各国进行了大量航天器的发射，如何实现服务航天器和翻滚目标航天器的交会对接，是服务航天器完成在轨维护的重要保障。同时，交会对接操作往往具有时间约束，要求在一定时间段内完成相关任务；此外，考虑到服务航天器在实际中存在推进器安装偏差，由此会对服务航天器交会对接过程中的六自由度运动控制提出了更高的要求。因此，如何实现考虑推进器安装偏差的航天器六自由度固定时间交会对接控制，是在轨服务的一项关键技术。

针对当前已经有的服务航天器与翻滚目标航天器六自由度交会对接控制研究并不多，且目前的研究主要包括两个问题：(1)考虑六自由度交会对接的控制策略多数无法确保相关操作在指定时间段内完成，在实际操作中可行性较差；(2)已有的处理服务航天器推进器安装偏差所采用的自适应控制策略，容易出现参数过估计或者保守性较强的情况，会导致参数估计值与实际值出现较大偏差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种航天器六自由度固定时间交会对接控制方法，由于服务航天器的推进器在实际中会有安装偏差，并且服务航天器与翻滚目标航天器的交会对接过程具有时间约束，所以为了实现针对两个问题的服务航天器高精度控制，具有固定时间特性的滑模控制方法，设计的新型固定时间滑模面实现相关运动跟踪误差变量在固定时间内收敛，此外构建的参数自适应规律用来估计推进器安装偏差角，防止出现参数过估计的现象，避免了参数估计值与实际值的较大偏差，从而实现了具有鲁棒性的服务航天器六自由度交会对接控制。

本发明提供一种航天器六自由度固定时间交会对接控制方法，考虑了推进器安装偏差，包括以下步骤：

(1)考虑服务航天器存在推进器安装偏差的情况下，构建其与翻滚目标航天器的六自由度交会对接运动模型，该模型包括两个航天器之间的相对位置和相对姿态运动描述；

(2)基于步骤(1)建立的考虑推进器安装偏差的交会对接运动模型，利用相关运动变量，设计一种固定时间滑模面；

(3)基于步骤(2)的滑模面设计固定时间交会对接控制器，并构建新的自适应律来估计推进器安装偏差角。

其中，步骤(1)中考虑服务航天器存在推进器安装偏差的情况下，构建其与翻滚目标航天器的六自由度交会对接运动模型，建模的具体过程为：

分别建立服务航天器和翻滚目标航天器的相关坐标系，为固连在目标航天器质心的体坐标系，为固连在服务航天器质心的体坐标系，为固连在翻滚目标航天器质心的轨道坐标系，为固连在地球中心的惯性坐标系：

首先，得到服务航天器与翻滚目标航天之间相对位置运动模型：