基于干扰观测器的航天器编队抓捕控制方法

王小龙, 孙冲, 方群, 李琪,2, 宋硕

(1.西北工业大学 航天学院, 陕西 西安 710072; 2.西安现代控制技术研究所, 陕西 西安 710065)

空间失效目标和空间碎片的增多,导致地球卫星轨道资源日趋紧张,面向低速翻滚的空间非合作目标的抓捕具有极大的研究价值和应用前景。由于非合作目标本身故障而丧失姿态轨道调整能力导致其不可控,因此目标往往会因受到各种摄动和扰动影响而处于自由翻滚状态。由于传统的集成大型航天器系统体积大,灵活性差、成本高,在对空间低速翻滚的非合作目标进行抓捕时需要更大的安全冗余与更高精度的控制方法。与之相比,采用小型航天器编队或集群协同抓捕非合作目标拥有更高的可靠性及灵活性,已经引起了研究者的广泛关注[1]。由于近距离阶段相对运动姿轨耦合更加严重,且非合作目标失控翻滚以及外部干扰的存在,使得为航天器编队设计安全可靠的控制器变得十分困难。

到目前为止,在多航天器的位置与姿态的协同控制方面已经有了大量的研究成果。文献[2]基于有向图设计了一种可消除多跳变时延影响的多航天器编队姿态跟踪控制律,解决了在网络环境中的航天器编队在跳变时延条件下的姿态一致性问题。文献[3]在无角速度测量和饱和输入条件下,针对航天器编队的姿态跟踪问题,提出一种基于干扰观测器的终端滑模有限时间控制律。在姿态同步的基础上,针对多航天器编队的重构与轨道保持问题,文献[4]提出一种基于人工势场方法保持共面四边形的主从式航天器编队的编队保持方法,实现小推力航天器的长周期轨道保持。……