在軌服務中載人機動裝置姿軌動力學與控制研究.pdf

1、航天員出艙活動技術是載人航天工程重大關鍵技術之一。相比于地面，艙外軌道環(huán)境十分復雜，使航天員在出艙執(zhí)行空間任務時面臨諸多困難，甚至是遭遇難以預見的險情。本文研究的載人機動裝置（Manned Maneuvering Unit，以下簡稱MMU）可以為艙外航天員提供必要的安全救生和靈活機動能力，以保障空間站裝配、目標星維護等在軌服務任務的順利完成。
　　相比于一般的航天器，MMU體積小、質量輕的特點導致航天員肢體運動給MMU的姿態(tài)穩(wěn)定帶

2、來了不可忽視的干擾和影響，人機耦合效應顯著。本文針對這一特點，將航天員簡化為由鉸鏈接的9剛體節(jié)段模型，從動量矩定理出發(fā)，建立了航天員-MMU耦合系統(tǒng)的姿態(tài)動力學方程。然后通過對艙外航天員肢體運動的規(guī)劃，以及MMU姿態(tài)控制器的設計，重點研究了航天員的三種典型下肢動作對MMU姿控過程中響應時間和總能耗的影響。數(shù)值仿真結果表明：在MMU姿態(tài)機動過程中，航天員做屈膝動作，能耗最小；航天員做先屈膝再伸展的動作，時間最優(yōu)。最后，以MMU總能耗為指標

3、，對第三種動作中屈膝與伸展運動的執(zhí)行時間進行了優(yōu)化。
　　在MMU逼近目標星軌跡設計、優(yōu)化部分，本文采用C-W方程來描述MMU逼近目標星的相對運動過程，對基于速度增量的和基于連續(xù)變推力的兩種發(fā)動機推進模式進行了簡要討論。以此為基礎，首先設計了比例-微分脈沖控制模式下的MMU逼近目標星轉移軌跡，然后依據(jù)滑移制導的思想，設計了約束軌道下的多脈沖機動轉移軌跡。最后，以轉移過程中的能耗代價和時間-能耗綜合代價為待優(yōu)化性能指標，采用直接配點