针对单推力航天器交会对接问题,提出一种轨迹规划及跟踪算法.首先,考虑到追踪航天器只沿本体X轴安装推力器,且推力方向固定,为了实现从起始位置转移至期望位置并满足姿态要求,基于三维螺旋线设计两阶段转移轨迹,根据初末位置以及末端速度方向要求,求解螺旋线参数.该螺旋线可以保证在初末速度方向固定情况下,曲率积分最小.其次,为了降低轨迹跟踪难度并减小初始时刻的位置跟踪控制力,需要将转移轨迹初始速度与追踪星X轴重合.传统螺旋线无法满足该约束条件.本文对传统螺旋线进行改进,提出一种旋转螺旋线轨迹设计方法.通过引入姿态旋转矩阵,将螺旋线在三维空间旋转,在不改变曲线形状的前提下满足初末位置及速度方向要求.然后,为了跟踪转移轨迹以及跟踪期望推力方向,提出基于CLF(Control Lyapunov Function)的滑模控制策略,当追踪星X轴与期望推力方向夹角较大时,采用CLF,保证最优性;当姿态误差收敛至滑模面附近时,切换为滑模控制,以提升系统鲁棒性.最后,通过仿真验证旋转螺旋线相比于传统螺旋线的优势.
单推力航天器 交会对接 轨迹规划 旋转螺旋线 CLF