【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種航天器空間交會控制方法，尤其涉及多約束下六自由度有限時間空間交會控制方法，屬于空間。
技術介紹
1、近年來，隨著“星鏈”、oneweb等衛星星座的相繼組網，導致近地空間擁堵加劇，增加了在役航天器與非合作物體之間發生碰撞的風險。為了在軌處置失效航天器，部署配備機械臂的主動航天器是廣泛研究的方案之一，通過精確交會，實現失效航天器的捕獲和移除。此外，在一些復雜的深空探測任務中，上升器與軌道器的精確交會操作對于取樣返回至關重要。因此，空間交會在航天任務中起著至關重要的作用。
2、結合工程實際，由于航天器空間交會需要同時滿足末端位置和姿態誤差為零，推力器的安裝誤差將導致航天器姿態與軌道發生耦合運動，需要對航天器進行六自由度動力學建模。由于空間碎片清除任務通常具有嚴格的時間約束，深空探測任務序列具有嚴格的時間窗口，使得航天器空間交會過程具有時間敏感性，必須要在有限的時間內完成，控制方法應當滿足有限時間收斂條件。此外，主動航天器與目標航天器的大型物理附件存在碰撞風險，使得交會過程必須考慮碰撞規避控制策略，提高交會過程的安全性。
技術實現思路
1、針對空間交會過程的時間敏感性和潛在碰撞風險，本專利技術的目的是提供一種多約束下六自由度有限時間空間交會控制方法，在安全交會的同時，實現位置和姿態的跟蹤誤差在有限時間內收斂。
2、本專利技術的目的是通過下述技術方案實現的。
3、本專利技術公開的多約束下六自由度有限時間空間交會控制方法，基于李群se(3)
4、本專利技術公開的多約束下六自由度有限時間空間交會控制方法，包括如下步驟：
5、步驟1、基于李群se(3)框架分別建立主動航天器六自由度動力學模型和目標航天器六自由度動力學模型，并在得到的兩個六自由度動力學模型基礎上，建立主動航天器相對目標航天器的六自由度相對動力學模型，使航天器交會過程同時滿足末端位置和末端姿態約束。
6、步驟1.1：建立主動航天器六自由度動力學模型。
7、主動航天器的運動學方程表示為
8、
9、其中rc∈so(3)表示主動航天器沿慣性主軸的本體系到慣性系的姿態旋轉矩陣，so(3)是表示航天器姿態的特殊正交矩陣的李群，表示慣性系下坐標系原點到主動航天器質心的位置矢量，和分別表示主動航天器本體系下旋轉角速度和平移速度，表示三維實數向量集。符號(2)×表示向量的叉乘矩陣，對于一個三維向量x＝[x1,x2,x3]t，x的叉乘矩陣(x)×定義為
10、
11、其中，x1，x2，x3為向量x的三個分量。
12、主動航天器的動力學方程表示為
13、
14、其中jc為主動航天器的轉動慣量，mc為主動航天器的質量，為主動航天器的控制力矩，為主動航天器的擾動力矩，為主動航天器的引力場，為主動航天器的控制力，為主動航天器的擾動力。主動航天器的位置和姿態可由李群se(3)的變量gc表示為
15、
16、01×3表示1×3的零矩陣，se(3)是航天器所有平移和旋轉運動的李群。主動航天器的增廣速度向量表示為
17、
18、表示六維實數向量集。因此，在se(3)框架下，式(1)的運動學方程和式(2)的動力學方程表示為
19、
20、其中
21、
22、是李群se(3)的李代數，i3表示三維單位矩陣，表示6×6實數矩陣集，ξc的共軛伴隨映射的矩陣表示為
23、
24、03×3表示3×3的零矩陣。
25、步驟1.2：建立目標航天器六自由度動力學模型。
26、目標航天器在se(3)框架下的運動學和動力學模型可以表示為
27、
28、其中
29、
30、rt∈so(3)表示目標航天器沿慣性主軸的本體系到慣性系的姿態旋轉矩陣，表示慣性系下坐標系原點到目標航天器質心的位置矢量，和分別表示目標航天器本體系下旋轉角速度和平移速度。jt為目標航天器的轉動慣量，mt為目標航天器的質量，為目標航天器的引力場，為目標航天器的擾動力矩，為目標航天器的擾動力。
31、步驟1.3：根據步驟1.1得到的式(5)和步驟1.2得到的式(6)，建立主動航天器相對目標航天器的六自由度相對動力學模型。
32、主動航天器期望的位置姿態gcd以及速度角速度ξcd表示為
33、
34、其中，hd表示相對目標航天器期望的位置姿態，對于
35、
36、伴隨映射的矩陣表示為
37、
38、其中，表示的3×3分塊矩陣，表示的3×1分塊矩陣。主動航天器與目標航天器之間的位置姿態誤差h表示為
39、h＝(gt)-1gc?(8)
40、用于表示主動航天器位置和姿態誤差的指數坐標向量為
41、
42、其中，和分別表示姿態跟蹤誤差和位置跟蹤誤差的指數坐標向量。主動航天器位置和姿態誤差的指數坐標向量通過對數映射表示為
43、
44、其中表示對數映射。對于
45、
46、的跡的對數映射表示為
47、
48、其中，表示(hd)-1h的3×3分塊矩陣，表示(hd)-1h的3×1分塊矩陣，是李群so(3)的李代數。(hd)-1h的對數映射表示為
49、
50、其中
51、
52、其中，ψ1，ψ2，ψ3為向量ψ＝[ψ1,ψ2,ψ3]t的三個分量。
53、主動航天器本體系下相對目標航天器的相對速度表示為
54、
55、其中和分別表示主動航天器本體系下相對目標航天器的旋轉角速度和平移速度。對于
56、
57、h-1伴隨映射的矩陣表示為
58、
59、其中，表示h-1的3×3分塊矩陣，表示h-1的3×1分塊矩陣。
60、指數坐標系下運動學方程表示為
61、
62、表示為
63、
64、其中
65、
66、且相對加速度表示為
67、
68、的伴隨映射的矩陣表示為
69、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.多約束下六自由度有限時間空間交會控制方法，其特征在于：包括如下步驟，
2.如權利要求1所述的多約束下六自由度有限時間空間交會控制方法，其特征在于：步驟1實現方法為，
3.如權利要求2所述的多約束下六自由度有限時間空間交會控制方法，其特征在于：步驟2實現方法為，
4.如權利要求3所述的多約束下六自由度有限時間空間交會控制方法，其特征在于：步驟3實現方法為，
【技術特征摘要】
1.多約束下六自由度有限時間空間交會控制方法，其特征在于：包括如下步驟，
2.如權利要求1所述的多約束下六自由度有限時間空間交會控制方法，其特征在于：步驟1實現方法為，
3....
【專利技術屬性】
技術研發人員：龍嘉騰，郭昊，崔平遠，朱圣英，梁子璇，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：
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