● 摘要
空间自动对接是我国继成功实现载人航天和太空行走技术后待将实现的重要空间技术之一。论文主要研究了空间自动对接的最终靠拢段过程，利用计算机视觉测量两个航天器的相对位置、姿态参数，设计滤波器估计两个航天器的相对位置变化率，建立两个航天体的动力学模型，设计控制算法，完成航天器对接的精确控制仿真。航天器自动对接靠拢段过程中，首先由捷联在追踪飞行器前端的CCD摄像机的计算机仿真模型获取目标飞行器对接面上的标识图成像图，然后对成像图进行“边缘填充”图像预处理再精确识别出图像上的特征点坐标，最后根据特征点的坐标解算出两物体间的六维位姿参数。用卡尔曼滤波法消除所测得参数的噪声，并估计其参数变化率，以保证控制的精度。针对航天器交会对接要求精度高，抗干扰强的特点，在研究传统滑模控制原理的基础上提出了一种新的交会对接控制方法——多模态滑模控制。详细阐述了多模态滑模变结构控制法的个体切换面设计、切换面的连接和控制律的设计；设计对接进展过程来减弱对接状态变量间的耦合现象，实现对接过程解耦；以比较的方式，对多模态滑模变结构控制法、比例微分（PD）控制法和传统滑模变结构控制法的控制效果和性能进行了仿真和验证。仿真结果表明，多模态滑模控制系统具有良好的动态品质和性能，所需变轨速度需求小，不仅能减少燃料的损耗，而且可以人为控制状态轨迹，实现状态轨迹的多样化。