基于TS模糊理论的微小型航天器群的协同控制研究

发布时间：2017-10-13 03:39

  本文关键词：基于TS模糊理论的微小型航天器群的协同控制研究

  更多相关文章： 微小型航天器群 构型保持 TS模糊 零空间

【摘要】：近年来随着空间任务复杂性的日益增加,对航天器的多功能性、稳定性以及自主智能性等方面的要求也越来越高,为了应对这些需求,科学家们提出了航天器群的概念,与传统的单个航天器相比,航天器群系统具有灵活性高、鲁棒性强、自主能力强、研发周期短、生产成本低等种种优势,目前航天器群飞行的模式仍处在理论验证和实验探索阶段,一旦该技术能够发展到一定的成熟度,其必然会成为未来空间应用领域的主流。本文以微小型航天器群系统的协同控制问题为核心展开,研究了航天器群初始构型的设计、基于TS模糊理论的群构型保持控制以及航天器群的任务协同管理,并结合MATLAB与STK互联仿真平台对相关的理论研究进行仿真验证。本文研究的创新点主要体现在(1)结合轨道动力学理论,分析空间摄动对航天器轨道的影响,设计投影圆轨道构型,将摄动对构型的影响降到最小;(2)设计TS模糊控制器,将整个非线性系统分解成多个线性的子系统,并对局部子系统进行线性渐稳定近控制器的设计,实现群构型的保持控制;(3)结合零空间理论,实现了航天器群系统各任务间的协调分配。研究结果表明,通过初期对航天器群初始构型的设计,能够有效地减轻摄动对航天器群构型的影响,而与传统的LQR方法相比,采用TS模糊控制能够增强系统的鲁棒性,并节省部分燃料,结合零空间理论,基于行为方式实现各任务间的协同,保证了航天器间的公平性,从而能够解决传统主从模式中单点失效的问题。
【关键词】：微小型航天器群 构型保持 TS模糊 零空间
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 课题研究背景和意义12-14
• 1.2 航天器群关键技术分析14-15
• 1.3 航天器群国内外研究现状15-19
• 1.4 航天器群协同控制技术发展综述19-21
• 1.4.1 协同方法概述19
• 1.4.2 燃料消耗因素分析19-20
• 1.4.3 控制方法概述20-21
• 1.5 课题研究内容简介21-23
• 第二章 航天器相对动力学基础23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 空间坐标系的定义23-24
• 2.3 基于运动状态相对动力学方程24-27
• 2.4 基于轨道根数的高斯变分方程27-28
• 2.5 能量匹配条件28-30
• 2.6 J_2摄动和大气阻力对轨道的影响30-32
• 2.7 基于哈密顿理论的轨道描述32-33
• 2.8 本章总结33-35
• 第三章 微小型航天器群系统初始构型设计35-53
• 3.1 引言35
• 3.2 基于CW方程的投影圆轨道（PCO）设计35-38
• 3.3 基于轨道根数的圆轨道PCO设计38-39
• 3.4 用于消除轨道漂移的初始条件约束39-41
• 3.5 近圆轨道PCO初始条件约束41-42
• 3.6 近圆轨道PCO初始构型设计、分析及其改进42-48
• 3.7 基于燃料最省的PCO初始构型设计48-52
• 3.8 本章总结52-53
• 第四章 基于TS模糊的构型保持控制53-69
• 4.1 引言53
• 4.2 模糊及TS模糊原理概述53-55
• 4.2.1 模糊理论概述53-54
• 4.2.2 TS模糊原理概述54-55
• 4.3 采用TS模糊的必要性分析55-59
• 4.3.1 基于轨道根数的航天器相对动力学方程线性化55-57
• 4.3.2 参考航天器轨道受摄动影响分析57-59
• 4.4 TS模糊控制器设计59-63
• 4.4.1 论域设置、工作点选取以及隶属度函数设置59-60
• 4.4.2 模糊规则的确定60
• 4.4.3 局部渐近稳定控制器设计60-62
• 4.4.4 全局稳定性证明62-63
• 4.5 仿真验证及分析63-68
• 4.6 本章总结68-69
• 第五章 基于零空间理论的航天器群任务协同管理69-79
• 5.1 引言69
• 5.2 零空间理论简介69-70
• 5.3 基于行为的运动速度指令计算70-74
• 5.3.1 中心整体平移速度指令计算71
• 5.3.2 构型保持速度指令计算71-73
• 5.3.3 避障速度指令计算73-74
• 5.3.4 基于NSB的多任务协同管理74
• 5.4 仿真验证与分析74-78
• 5.5 本章总结78-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 在校期间的研究成果及发表的学术论文86

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本文编号：1022652