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随着航天实践的不断深入,对空间快速机动技术的需求日益增强,具备快速机动能力的小卫星成为未来航天器的重要发展方向之一。论文以“快速机动小卫星”为研究对象,采用多学科设计优化方法对其进行了总体优化设计,并针对快速机动小卫星的自主、快速等特点,对其关键分系统之一的控制分系统进行了初步设计与研究。首先,系统研究了CSSO、BLISS 2000和CO三种两级多学科设计优化过程。针对CO实现过程中存在的问题,提出了基于动态罚因子及正交试验设计的改进协同优化过程(DPCO),算例测试表明了改进的优越性。通过减速器和飞机两个实例的研究,分析了DPCO、CSSO及BLISS 2000三种优化过程的特点,并总结了各自的适用性。其次,进行了基于DPCO的快速机动小卫星总体设计研究。针对快速机动小卫星的任务特点,建立了快速机动小卫星的学科模型,以系统成本最小为目标构建总体参数优化模型。利用DPCO对快速机动小卫星MDO问题进行集成和求解。优化结果验证了DPCO的有效性,提高了设计水平。再次,在建立基于导引星的轨道相对运动动力学模型的基础上,研究了Lyapunov控制规律,并采用多方法协作优化算法(MCOA)对控制参数进行优化。在快速机动小卫星总体设计方案的基础上,对卫星的升轨机动及相位调整两类机动任务进行了数学仿真,并用STK软件演示了升轨机动过程,仿真研究表明了快速机动小卫星控制策略设计的可行性。最后,详细介绍了姿态控制系统设计方案,研究了用于飞轮控制系统的Lyapunov控制规律,并采用MCOA对控制参数进行优化,在快速机动小卫星总体设计方案的基础上,对卫星的姿态稳定控制及姿态机动控制进行了数学仿真,仿真结果验证了设计方案的可行性。总之,论文系统研究了MDO优化过程,提出了DPCO,并将其应用于快速机动小卫星总体优化设计,为探索MDO方法在卫星总体设计中的应用进行了有益的尝试,同时对快速机动小卫星的控制技术进行了初步研究,采用MCOA对控制器进行参数优化,达到了快速机动控制的目的。论文对我国开展空间快速机动飞行器的研究具有一定的参考价值。