航天器姿态跟踪的自适应内模控制方法研究

发布时间：2017-10-20 06:40

  本文关键词：航天器姿态跟踪的自适应内模控制方法研究

  更多相关文章： 航天器姿态跟踪控制 自适应控制 Backstepping控制 内模控制理论(IMC) Lyapunov方法

【摘要】：随着太空探索技术的发展,航天器的姿态跟踪控制一直是航天器技术研究领域的重点问题之一。本论文针对航天器姿态跟踪控制系统中存在的实际问题进行研究,主要研究内容如下:首先,采用修正罗德里格参数(MRP)对航天器姿态进行全局的非奇异描述,并基于此构建航天器姿态跟踪误差动力学方程及误差运动学方程。其次,针对航天器姿态跟踪控制中转动惯量矩阵不确定性和干扰抑制问题,设计了基于Backstepping控制设计方法的自适应控制律。控制算法利用矩阵的左半张量积处理转动惯量的不确定参数,并设计了自适应控制项,对不确定性参数进行辨识,采用内模控制理论(IMC)实现了航天器无静差的扰动抑制。并运用Lyapunov稳定性理论证明了所设计控制器能够达到对航天器期望目标姿态的全局渐近跟踪控制。最后通过Simulink软件,数值仿真验证了其有效性。最后,针对航天器姿态跟踪控制中控制输入受限问题,本论文引入双曲正切函数,在跟踪控制器设计过程中与修正罗德里格参数自身的性质进行结合,使控制输入受限问题得到良好解决。其中,针对控制器设计过程中的可调参数,本论文设计了基于遗传算法的控制参数优化算法。最后Simulink实例仿真验证了控制器具有很好的跟踪控制性能。
【关键词】：航天器姿态跟踪控制 自适应控制 Backstepping控制 内模控制理论(IMC) Lyapunov方法
【学位授予单位】：渤海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.22
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-13
• 1.3 本论文主要研究内容13-14
• 2 航天器姿态控制相关数学模型与控制理论基础14-27
• 2.1 航天器数学模型14-15
• 2.2 航天器姿态参数描述15-19
• 2.3 控制理论基础19-26
• 2.3.1 Lyapunov稳定性理论19-20
• 2.3.2 Backstepping控制理论20-21
• 2.3.3 内模控制理论21-24
• 2.3.4 矩阵的半张量积24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 考虑转动惯量不确定参数和外界干扰的姿态跟踪控制算法27-43
• 3.1 引言27
• 3.2 系统描述和问题形成27-29
• 3.3 内模控制器设计29-30
• 3.4 姿态跟踪自适应控制器设计30-35
• 3.5 仿真实例35-42
• 3.6 本章小结42-43
• 4 基于双曲正切函数的输入受限姿态跟踪控制43-56
• 4.1 引言43
• 4.2 问题描述43
• 4.3 航天器姿态跟踪控制目标43-44
• 4.4 考虑输入受限的姿态跟踪自适应控制律设计44-48
• 4.5 基于遗传算法的控制器参数优化48-50
• 4.6 仿真实例50-55
• 4.7 本章小结55-56
• 总结与展望56-57
• 参考文献57-62
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文62-63
• 致谢63-64

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本文编号：1065816