随着人类对太空探索的不断深入,空间任务呈现出复杂多样的发展趋势,为避免宇航员舱外操作的高风险,基于空间机器人的在轨服务技术是人类开展太空探索活动的一种重要的能力拓展。在轨捕获后,空间机器人与目标航天器组成的复合体系统的质量特性参数和角动量分布发生突变,对于传统的硬抓捕方法,目标航天器的角动量将直接传递至基座处,若传递至基座处的角动量超过其内部动量交换装置的调节上限,可能会引起复合体系统失稳。针对这一问题,本论文研究了面向在轨服务任务的空间复合体多级阻尼镇定控制策略,研究内容来源于国家自然科学基金资助项目(51875046),具体工作如下:首先,基于Kane方法建立具有多级可控阻尼结构的漂浮复合体动力学方程。在空间机械臂关节处引入由缓冲器和阻尼器构成的可控阻尼单元,将自由漂浮基座看作一节具有6自由度的拓展臂杆,并将目标航天器视为最后一节臂杆的一部分。针对由柔性关节和刚性臂杆组成的刚柔耦合复合体系统,将其离散为由弹簧和阻尼器连接的多刚体段模型,采用Kane方法分析复合体的动力学机理并建立动力学方程。基于ADAMS和MATLAB软件平台的联合仿真验证了动力学方程的有效性。其次,分别从能量消耗和动量传递的角度出发,研究了关节处引入多级可控阻尼装置对维持复合体系统稳定的有效性。基于动能定理分析了软抓捕模型的缓冲吸能原理,多级可控阻尼单元将目标航天器传递过来的能量转化为热能来实现能量耗散。基于角动量守恒原理建立了复合体系统动量方程,并分析了复合体系统中角动量传递机理。通过ADAMS虚拟样机仿真,对比分析刚性状态下和柔性状态下的空间机器人捕获目标后复合体系统角动量的迁移情况,得到了降低关节处可控阻尼装置的阻尼系数可以降低角动量传递速率的结论。最后,提出了一种基于差分进化混合粒子群优化算法的复合体多级阻尼镇定控制策略。考虑复合体系统的耦合特性,以各关节和基座的角速度最小为优化目标设计目标函数,基于差分进化混合粒子群算法对复合体多级阻尼全局寻优,通过联合求解动力学方程和控制算法得到期望阻尼值,以降低系统角动量传递速率,使飞轮可以实时吸收传递到基座的全部角动量。基于MATLAB软件平台进行仿真分析,验证了该控制策略的有效性。