环月飞行器遥操作绕飞对接控制与安全性研究

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无人航天器环月交会对接技术是我国探月工程的重要支撑技术之一,遥操作交会技术在提高无人航天器交会安全性和成功率上具有重要作用。目前相关研究主要针对最终逼近段的遥操作控制展开,有一定局限性。为此,本文将研究对象拓展到进行最终逼近前捕获对接走廊的绕飞段,开展遥操作绕飞对接控制与安全性研究。本文的主要工作如下:针对绕飞段设计遥操作标称控制方案。进行遥操作绕飞对接概念构想并分析了绕飞段航天器的相对运动控制特性,结合操作员对航天器相对运动状态的估计方法,设计标称控制方案并进行人在回路仿真验证。结果表明,基于该控制方案能够实现小时延遥操作绕飞,且控制精度和成功率较高。设计姿轨预显示方法进行遥操作绕飞对接时延补偿。基于动力学模型设计航天器相对位置和惯性姿态的状态预测算法,基于滤波模型设计相对位置偏差校正算法,结合人控特性实现状态信息的预测显示,最后构建基于预显示的仿真系统进行试验验证。试验表明,该预显示方法实现了对回路大时延的有效补偿。对基于标称控制方案进行遥操作绕飞试验生成的轨迹进行被动安全评估。借鉴航天器轨迹被动安全和航天器碰撞概率理论,对参考绕飞轨迹和试验绕飞轨迹设计被动安全评估方法并进行仿真分析,计算结果表明,试验绕飞轨迹大段均满足轨迹被动安全要求。针对不满足被动安全的轨迹区间,分析了其原因并提出改善控制方案安全性的措施。本文在遥操作绕飞对接控制方案设计、时延补偿及轨迹安全性评价等方面的研究取得了一定进展,对遥操作交会控制与安全性的研究具有一定价值。
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