第5卷第6期 智能系统学报 Vol.5 No.6 2010年12月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Dec.2010 doi:10.3969/i.i8sn.16734785.2010.06.010 交会对接最后逼近段姿轨耦合控制 李鹏2，陈兴林2，宋申民2，李敏利2 (1.湘潭大学信息工程学院，湖南湘潭411105：2.哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001) 摘要：针对交会对接最后逼近段的制导律和姿态控制律的设计问题，首先对逼近段轨道与姿态的耦合问题进行了 分析，并利用高阶滑模控制设计了最后逼近段的姿轨控制系统；然后设计了基于H方程的直线型制导律；最后对 所采用的直线型变结构制导律和最后逼近段相对姿态控制律进行了仿真.仿真结果表明所设计的控制系统满足对 接要求。 关键词：交会对接；最后逼近段；姿轨耦合控制 中图分类号：TP18;TN911.23文献标志码：A文章编号：16734785(2010)06053004 Research on an attitude and orbit coupling control over the final approach phase of rendezvous and docking LI Peng'2,CHEN Xing-lin2,SONG Shen-min2,LI Min-li2 (1.College of Information Engineering,Xiangtan Univesity,Xiangtan 411105,China;2.School of Astronautics,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China) Abstract:To achieve the high precision requirement in the final approach phase of autonomous space rendezvous and docking(RVD)on a relative attitude,first an analysis was made on the coupling of attitude and orbit.Next, the high-order sliding mode (HOSM)controller was used to design the attitude and orbit control system in the final approach phase.After that,a beeline guidance law based on the Hill equation was designed.The attitude control strategy shown here used the HOSM controller.Lastly,with the help of Simulink software,a simulation was carried out in terms of the linear variable structure guidance law and relative attitude control law.The results of simulation show that the designed control system meets the requirements of docking. Keywords:rendezvous and docking;final approach phase;coupling control of attitude and orbit 保证空间飞行器在复杂的空间环境中能够更加 定的方位和指向，或进行方位和指向的机动。 持久、稳定地在轨运行，已成为目前空间技术领域亟 待解决的重要问题.交会对接技术是在轨维护与服 1姿轨耦合控制概述 务的先决条件之一，只有通过交会对接，才能给航天 在最后逼近段，一般情况下追踪航天器沿视线 器补给燃料、更换设备、维护仪器、维修在轨故障卫 方向作直线型受迫运动逼近目标航天器对接口（对 星等.为了保证安全交会对接和对接精度，必须考虑 接港)，因此最终逼近段也常称为“最终平移段”门， 轨道和姿态的耦合控制.轨道控制使飞行器在星体 在这个阶段，为了保证安全交会对接和对接精度，必 的引力场中牵人和保持预定的空间运动轨迹，或在 须考虑轨道和姿态的耦合控制.图1为姿轨耦合控 多个星体的引力场中运动轨迹的转移；姿态控制则 制的控制框图，上部分为姿态控制回路，下部分为位 使飞行器的构型布局在空间轨道控制运动中保持预 置控制回路.根据相对位置的初始和终点状态算出 期望的轨迹，也就是要求追踪航天器按所求的轨迹 收稿日期：201002-16. 逼近目标航天器，直到2个航天器对接上为止.据这 基金项目：国家“863”计划资助项目(2006AA0488,2007AA0987, 2008AA0987). 条所要求逼近目标航天器的轨迹算出相应的期望姿 通信作者：李鹏.E-mail:pengli.hit@gmail.com 态角度，然后根据实际信息进行相对位置和相对姿