角速度有界的在轨抓捕航天器姿态控制

徐琳, 代睿, 殷春武, 段中兴

(1.西安建筑科技大学 信息与控制工程学院, 陕西 西安 710055;2.西北工业大学 自动化学院, 陕西 西安 710129)

随着人类空天活动的增加，漂浮在太空中的空间碎片对在轨航天器的威胁也与日俱增，因此清除空间碎片(或其他非合作目标)成为航天领域可持续发展必须解决的问题。最常用的清除方式是采用机械臂捕获并回收空间碎片，在此过程中航天器会因机械臂运动而出现质心偏移和姿态偏差，因此设计出具有较强鲁棒性的自适应控制器，从而保证抓捕航天器的安全运行，具有重要的工程应用价值。

无序飞行的空间碎片其质量与速度均未知。航天器在抓捕空间碎片过程中，航天器的质心必定发生偏移，从而导致转动惯量摄动量变化规律不可预知。因此，必须采用自适应控制技术或智能逼近系统对转动惯量摄动部分进行补偿，提升系统对参数摄动的鲁棒性。文献[1-5]主要是设计自适应律实时估计未知转动惯量，并基于不同的应用环境构建包含转动惯量估值的自适应姿态控制算法；文献[6-8]则主要将转动惯量分离为名义部分和摄动部分，并采用诸如极限学习机、神经网络、模糊系统等智能逼近系统逼近由转动惯量摄动引起的摄动部分，并将其作为控制器的补偿性输入。以上研究工作虽然都解决了参数摄动问题，但所用算法均存在转动惯量估计精度不足、智能逼近系统结构复杂等缺陷。

在抓捕空间碎片过程中，不仅存在转动惯量摄动问题，还存在导航带宽和角速率陀螺量程的限制问题，因此航天器的角速度必须限制在有界范围内。……