基于自适应模糊滑模的航天器姿态稳定的研究

发布时间：2017-10-30 22:25

  本文关键词：基于自适应模糊滑模的航天器姿态稳定的研究

  更多相关文章： 航天器 姿态稳定 滑模控制 自适应模糊滑模控制

【摘要】：航天器姿态控制问题是航天器控制的关键问题之一,姿态稳定作为姿态控制问题的一部分,也是航天器控制研究的重点。航天器姿态控制系统具有多输入多输出,强耦合,外部干扰多的特点,同时,参数、干扰不确定性的存在也使得航天器姿态控制问题进一步复杂化。本文的研究重点是在未解耦、干扰上界不定的情况下设计自适应模糊滑模控制器,使航天器姿态在规定时间内达到指定位置。本文首先介绍了滑模变结构的定义、基本特性及缺点,为设计滑模控制器奠定了数学基础;然后介绍了航天器姿态控制的数学描述,包括了坐标系及常用的描述方式,然后给出了航天器姿态动力学和运动学方程,为下文建立了模型。接下来设计了基于滑模变结构控制的航天器姿态稳定控制器,并运用Lyapunov函数直接法证明系统的稳定性,仿真结果证明在干扰有界的情况下,设计的控制器在规定的时间内达到指定位置,并且抖振幅度很小,满足设计要求。针对滑模变结构控制对干扰有界的要求,限制了滑模变结构控制在航天器姿态控制上的应用,本文设计了自适应模糊滑模变结构控制器,首先介绍了模糊控制的基本概念,并给出了对于一般非线性系统的自适应模糊滑模控制器的设计,然后将设计的控制器应用到航天器姿态稳定控制上,并给出了理论证明,通过实例仿真证明设计的自适应模糊滑模控制器在不需要解耦的情况下实现了控制目标,并且减少了达到时间,削弱了抖振。
【关键词】：航天器 姿态稳定 滑模控制 自适应模糊滑模控制
【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
• ABSTRACT5-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 课题背景及研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 航天器姿态稳定的国内外研究现状11-13
• 1.2.2 滑模变结构控制理论的研究现状13-15
• 1.3 本文的主要内容及章节安排15-16
• 2 滑模变结构控制16-23
• 2.1 滑模变结构的基本概念16-17
• 2.2 滑模变结构的数学描述17-18
• 2.3 滑模变结构控制系统的基本特性18-20
• 2.3.1 滑动模态的存在性18
• 2.3.2 滑动模态的可达性18
• 2.3.3 滑动模态的稳定性18-19
• 2.3.4 滑动模态的不变性19
• 2.3.5 滑模变结构控制系统的动态品质19-20
• 2.4 滑模变结构控制的设计方法20-21
• 2.4.1 切换函数的选择20-21
• 2.4.2 变结构控制的求取21
• 2.5 滑模存在的问题21-22
• 2.6 本章小结22-23
• 3 航天器姿态的数学描述23-30
• 3.1 相关坐标系的说明23-24
• 3.1.1 星体坐标系23-24
• 3.1.2 地心坐标系24
• 3.2 常用的航天器姿态描述方式24-28
• 3.2.1 方向余弦矩阵式25
• 3.2.2 欧拉角25-26
• 3.2.3 四元数26-27
• 3.2.4 欧拉角和四元数的转换关系27-28
• 3.3 航天器的姿态运动学方程28-29
• 3.3.1 基于单位四元数的姿态运动学方程28
• 3.3.2 基于误差四元数的姿态运动学方程28-29
• 3.4 航天器的姿态动力学方程29
• 3.5 本章小结29-30
• 4 基于滑模变结构控制的航天器姿态稳定控制30-36
• 4.1 传统滑模控制器的设计30-32
• 4.2 实例仿真32
• 4.3 仿真结果及分析32-35
• 4.4 本章小结35-36
• 5 基于自适应模糊滑模的航天器姿态稳定控制36-49
• 5.1 模糊控制系统36-39
• 5.1.1 模糊控制器系统的组成36-37
• 5.1.2 模糊控制器设计的基本原理37-39
• 5.2 自适应模糊滑模控制系统的设计39-44
• 5.2.1 一般非线性自适应模糊滑模控制系统的设计39-43
• 5.2.2 基于自适应模糊滑模控制器的航天器姿态稳定控制实例43-44
• 5.3 实例仿真44-45
• 5.4 仿真结果及分析45-48
• 5.5 本章小结48-49
• 总结与展望49-50
• 参考文献50-54
• 致谢54-55
• 发表论文情况55-56

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本文编号：1119605