基于NTSM的航天器特征点凝视跟踪控制

作者：傅江良; 甘庆波; 张扬; 赵柯昕; 袁洪

来源：系统工程与电子技术, 2019, 41(07): 1623-1632.

• 航天器特征点
• 特征点指向坐标系
• 姿轨耦合动力学
• 有限时间控制
• 非奇异终端滑模
• 凝视跟踪

针对航天器特征点凝视以及随动跟飞问题,提出了一种建立在目标特征点指向(feature point directing,FPD)坐标系下的相对运动动力学模型,并基于非奇异终端滑模方法(nonsingular terminal sliding mode,NTSM)实现了航天器的相对姿轨耦合控制。首先,以凝视跟踪的目标特征点为原点,跟踪指向轴为主轴,建立了FPD坐标系下的特征点相对运动模型,该模型在控制过程中可以保持特征点相对运动期望状态稳定不变,从而降低了末端约束的处理难度。其次,基于NTSM方法设计了一种有限时间控制律,并对其稳定性和滑模到达时间进行了分析,理论证明了该控制律满足Lyapunov稳定性条件,且系统能在有限时间内迅速收敛到平衡状态。最后,仿真结果表明FPD坐标系下的特征点相对运动模型以及NTSM控制律在求解特征点凝视跟踪问题上具有良好的性能和普适性,研究成果对空间在轨维护、空间操控以及深空小天体悬停着陆等具有一定的理论参考价值。

• 单位
  中国科学院光电研究院; 中国科学院大学; 中国科学院国家天文台