挠性航天器姿轨一体化动力学建模与控制问题研究
发布时间：2021-01-06 09:47
复杂多变的航天任务,对航天器的控制系统提出了更为严苛的标准。更优良的控制性能依赖于更精确的的动力学模型以及更完善的控制器设计。传统的建模思路是分别进行轨道以及姿态建模,这种分开建模的方式的精度越来越难以满足需求。另一方面,当带挠性附件的航天器执行高精度航天任务时,还需考虑挠性附件造成的影响。本篇学位论文对带挠性附件的航天器的姿态-轨道耦合建模以及其一体化的控制进行研究,主要进行了下面四个部分的研究:首先,对带挠性附件航天器进行姿轨、刚柔耦合动力学建模。本文选择对偶四元数与旋量数学工具来描述航天器的姿-轨耦合动力学模型,用同一套数学工具对轨道和姿态的运动进行描述。推导得出本体坐标系下的挠性航天器动力学方程组,然后基于刚体一般运动的动力学方程推导得出基于对偶四元数的挠性航天器姿态轨道耦合模型,进而得出挠性航天器姿轨耦合误差动力学模型。其次,根据推导得出的挠性航天器姿轨耦合误差动力学模型,进行一体化控制器设计。设计了线性滑模鲁棒控制律,在所设计的控制律作用下,状态误差能够渐近收敛至期望状态;设计了终端滑模鲁棒控制器,所设计的控制器能够在有限时间内完成对期望状态的跟踪;设计了快速终端滑模鲁棒控...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
姿轨一体化控制示意图
图 2-1 带有挠性附件的航天器，航天器质心在惯性参考系中的位置为R ，挠性附件与坐标系中位置为pl 。任取一质量元素km ，在挠性附件量元素的向量为kr ，其在本体系下位置为kl ，发生形变时其在本体系下位置为kw ，在惯性参考系下坐标为kR k k kk p k w l ul l r上任一质量元素 的线速度为d dd dkk k k kt t R Rw ω w v w ω w t Rω R 为航天器线速度，则航天器的动量k k k kk kk k k kk km m mm m m P v w ω wv w ω w
0.002 0.004sin 0.50.006 0.003sin 0.5 N m0.001 0.007 sin 0.5dttt τ误差与初始挠性模态为 T TT T0 0.3772, 0.4329, 0.6645, 0.4783 0 0, 0, 0 ra0 200, 100,100 m 0 0, 0, 0 m/s0 m 0 m/se ee em m ωρ vη 0 η 0，，，与控制器参数设置为 0.2 0.01， k 60 10， 1 1际航天器任务中，控制输入为有限值，因此在仿真中设置 1N1, 2,30.1N muiuii fτ真结果展示更为直观，本文直接将对偶四元数与旋量等变元数与矢量形式。仿真曲线如图 3-1~图 3-8 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]无速度反馈的航天器姿轨耦合跟踪控制[J]. 党庆庆,桂海潮,徐明,徐世杰. 航空学报. 2018(S1)
[2]基于动态滑模控制的挠性航天器姿态控制[J]. 朱庆华,董瑞琦,马广富. 控制理论与应用. 2018(10)
[3]航天器相对运动姿轨耦合动力学建模方法[J]. 朱战霞,史格非,樊瑞山. 飞行力学. 2018(01)
[4]基于干扰观测器的挠性卫星姿态滑模变结构控制[J]. 王雪冰,吴忠. 空间控制技术与应用. 2017(02)
[5]SE（3）上姿轨耦合航天器高精度快速终端滑模控制[J]. 张剑桥,叶东,孙兆伟. 宇航学报. 2017(02)
[6]智能柔性构件振动改进多模态正位置反馈控制[J]. 娄军强,魏燕定,杨依领,谢锋然,赵晓伟. 振动与冲击. 2015(10)
[7]航天器姿态机动的自适应鲁棒控制及主动振动抑制[J]. 袁国平,史小平,李隆. 振动与冲击. 2013(12)
[8]航天器姿轨耦合非线性同步控制[J]. 铁钰嘉,杨伟,岳晓奎. 计算机仿真. 2012(03)
[9]基于反步法的挠性航天器姿态镇定[J]. 王翔宇,丁世宏,李世华. 航空学报. 2011(08)
[10]基于航天器姿轨耦合模型的非线性前馈控制[J]. 铁钰嘉,岳晓奎,曹静. 中国空间科学技术. 2010(06)
博士论文
[1]基于对偶四元数的航天器位姿一体化控制方法研究[D]. 董宏洋.哈尔滨工业大学 2017
[2]航天器近距离运动的鲁棒姿轨联合控制[D]. 张烽.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于四元数代数和李群框架的任务空间控制方法研究[D]. 韩大鹏.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]基于预设性能的航天器姿态跟踪控制方法[D]. 胡雅博.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于对偶四元数的航天器相对导航方法研究[D]. 崔本杰.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：2960353
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
姿轨一体化控制示意图
图 2-1 带有挠性附件的航天器，航天器质心在惯性参考系中的位置为R ，挠性附件与坐标系中位置为pl 。任取一质量元素km ，在挠性附件量元素的向量为kr ，其在本体系下位置为kl ，发生形变时其在本体系下位置为kw ，在惯性参考系下坐标为kR k k kk p k w l ul l r上任一质量元素 的线速度为d dd dkk k k kt t R Rw ω w v w ω w t Rω R 为航天器线速度，则航天器的动量k k k kk kk k k kk km m mm m m P v w ω wv w ω w
0.002 0.004sin 0.50.006 0.003sin 0.5 N m0.001 0.007 sin 0.5dttt τ误差与初始挠性模态为 T TT T0 0.3772, 0.4329, 0.6645, 0.4783 0 0, 0, 0 ra0 200, 100,100 m 0 0, 0, 0 m/s0 m 0 m/se ee em m ωρ vη 0 η 0，，，与控制器参数设置为 0.2 0.01， k 60 10， 1 1际航天器任务中，控制输入为有限值，因此在仿真中设置 1N1, 2,30.1N muiuii fτ真结果展示更为直观，本文直接将对偶四元数与旋量等变元数与矢量形式。仿真曲线如图 3-1~图 3-8 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]无速度反馈的航天器姿轨耦合跟踪控制[J]. 党庆庆,桂海潮,徐明,徐世杰. 航空学报. 2018(S1)
[2]基于动态滑模控制的挠性航天器姿态控制[J]. 朱庆华,董瑞琦,马广富. 控制理论与应用. 2018(10)
[3]航天器相对运动姿轨耦合动力学建模方法[J]. 朱战霞,史格非,樊瑞山. 飞行力学. 2018(01)
[4]基于干扰观测器的挠性卫星姿态滑模变结构控制[J]. 王雪冰,吴忠. 空间控制技术与应用. 2017(02)
[5]SE（3）上姿轨耦合航天器高精度快速终端滑模控制[J]. 张剑桥,叶东,孙兆伟. 宇航学报. 2017(02)
[6]智能柔性构件振动改进多模态正位置反馈控制[J]. 娄军强,魏燕定,杨依领,谢锋然,赵晓伟. 振动与冲击. 2015(10)
[7]航天器姿态机动的自适应鲁棒控制及主动振动抑制[J]. 袁国平,史小平,李隆. 振动与冲击. 2013(12)
[8]航天器姿轨耦合非线性同步控制[J]. 铁钰嘉,杨伟,岳晓奎. 计算机仿真. 2012(03)
[9]基于反步法的挠性航天器姿态镇定[J]. 王翔宇,丁世宏,李世华. 航空学报. 2011(08)
[10]基于航天器姿轨耦合模型的非线性前馈控制[J]. 铁钰嘉,岳晓奎,曹静. 中国空间科学技术. 2010(06)
博士论文
[1]基于对偶四元数的航天器位姿一体化控制方法研究[D]. 董宏洋.哈尔滨工业大学 2017
[2]航天器近距离运动的鲁棒姿轨联合控制[D]. 张烽.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于四元数代数和李群框架的任务空间控制方法研究[D]. 韩大鹏.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]基于预设性能的航天器姿态跟踪控制方法[D]. 胡雅博.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于对偶四元数的航天器相对导航方法研究[D]. 崔本杰.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：2960353
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/2960353.html
