基于修正型罗德里格参数模型的挠性航天器姿态控制
发布时间：2021-05-09 23:49
现代大型航天器在其在轨运行过程中,由于挠性附件的振动、自身燃料的消耗以及受到外部环境的干扰等,在设计控制器时需要考虑存在挠性模态不可测量、中心刚体转动惯量未知以及受到外部干扰的问题。本论文结合深圳市科技创新委员会基础研究自由探索项目——挠性卫星的高稳定度姿态控制技术研究,以挠性航天器为研究对象,利用反步法设计了两类基于模态观测器的自适应控制器。本论文针对挠性航天器在轨运行时的姿态控制问题主要做了以下几个方面的研究:针对挠性附件模态不可测量的问题,设计了一类结构简单的模态观测器。该模态观测器在设计时将角速度视为虚拟控制输入,从而简化了反步法第一步Lyapunov候选函数的构造。由模态观测器得到的输出信息结合可直接测量的角速度和修正型罗德里格参数共同作为控制器的输入信号,设计基于模态观测器的自适应控制器。针对航天器姿态控制中存在模型参数未知的问题,使用反步自适应律实时的估计未知参数,有效的提高了控制器的精度。证明了在设计的基于模态观测器的自适应控制器作用下,航天器姿态控制闭环系统可以完成“静止到静止”的姿态机动,并且对未知模型参数有一定的鲁棒性,实现了从干扰信号到输出信号的L2增益在某一可...
【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】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的来源及研究的目的和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 挠性航天器研究现状
1.2.2 挠性航天器姿态控制方法
1.2.3 挠性附件振动抑制方法
1.3 本文主要研究内容
第2章 挠性航天器的数学模型
2.1 引言
2.2 常用参考坐标系
2.3 挠性航天器的姿态描述方法
2.3.1 欧拉角姿态描述法
2.3.2 欧拉轴/角姿态描述法
2.3.3 修正型罗德里格参数姿态描述法
2.4 挠性航天器姿态控制的数学模型
2.4.1 不带智能材料的姿态数学模型
2.4.2 带有智能材料的姿态数学模型
2.5 非线性系统理论
2.5.1 稳定性理论
2.5.2 L_2增益控制
2.6 本章小结
第3章 挠性航天器自适应姿态控制
3.1 引言
3.2 基于观测器的自适应姿态控制器设计
3.2.1 问题的描述
3.2.2 模态观测器的设计
3.2.3 自适应控制器的设计
3.2.4 仿真实例
3.3 本章小结
第4章 挠性航天器自适应姿态控制与主动振动控制
4.1 引言
4.2 基于观测器的主动振动抑制自适应控制器设计
4.2.1 问题的描述
4.2.2 模态观测器的设计
4.2.3 振动抑制器的设计
4.2.4 自适应控制器的设计
4.2.5 仿真实例
4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]“风云”激荡四十载——中国风云系列气象卫星工程研制纪实[J]. 赵聪. 太空探索. 2018(01)
[2]基于期望补偿的挠性航天器自适应鲁棒主动振动控制[J]. 余臻,郭毓,王璐,吴益飞,郭健. 振动与冲击. 2017(24)
[3]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)
[4]挠性航天器退步自适应姿态机动及主动振动控制[J]. 刘敏,杨军,李学林,徐世杰. 空间控制技术与应用. 2015(01)
[5]挠性航天器姿态机动的变论域自整定模糊PID控制[J]. 魏凤美,赵育善,师鹏. 中国空间科学技术. 2014(06)
[6]小型四旋翼飞行器新型非线性PID姿态控制器设计[J]. 李杰,齐晓慧,韩帅涛. 机械科学与技术. 2013(08)
[7]基于直接自适应控制的挠性航天器高精度姿态控制[J]. 崔美瑜,徐世杰. 航天控制. 2011(05)
[8]挠性航天器姿态机动和振动抑制的自适应控制[J]. 焦晓红,张立尧. 电机与控制学报. 2011(07)
[9]基于分力合成方法的航天器闭环反馈控制[J]. 张建英,刘暾,郑立伟. 哈尔滨工业大学学报. 2010(03)
[10]修正型罗德里格参数姿态算法研究[J]. 赵长山,秦永元,贾继超,郭林峰. 测控技术. 2009(09)
博士论文
[1]挠性航天器姿态机动的主动振动控制[D]. 胡庆雷.哈尔滨工业大学 2006
硕士论文
[1]局部惯量未知的航天器组合体姿态控制[D]. 秦琰.哈尔滨工业大学 2015
[2]挠性卫星高稳定度姿态控制方法研究[D]. 张超.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于压电元件的帆板振动抑制控制系统设计与实验分析[D]. 袁秋帆.哈尔滨工业大学 2014
[4]卫星姿态机动非线性建模与分力合成振动抑制[D]. 刘延杰.哈尔滨工业大学 2013
[5]挠性卫星姿态机动及稳定控制算法研究[D]. 赖爱芳.南京理工大学 2012
[6]带有输入饱和的挠性航天器姿态跟踪鲁棒控制研究[D]. 肖冰.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3178258
【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】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题的来源及研究的目的和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 挠性航天器研究现状
1.2.2 挠性航天器姿态控制方法
1.2.3 挠性附件振动抑制方法
1.3 本文主要研究内容
第2章 挠性航天器的数学模型
2.1 引言
2.2 常用参考坐标系
2.3 挠性航天器的姿态描述方法
2.3.1 欧拉角姿态描述法
2.3.2 欧拉轴/角姿态描述法
2.3.3 修正型罗德里格参数姿态描述法
2.4 挠性航天器姿态控制的数学模型
2.4.1 不带智能材料的姿态数学模型
2.4.2 带有智能材料的姿态数学模型
2.5 非线性系统理论
2.5.1 稳定性理论
2.5.2 L_2增益控制
2.6 本章小结
第3章 挠性航天器自适应姿态控制
3.1 引言
3.2 基于观测器的自适应姿态控制器设计
3.2.1 问题的描述
3.2.2 模态观测器的设计
3.2.3 自适应控制器的设计
3.2.4 仿真实例
3.3 本章小结
第4章 挠性航天器自适应姿态控制与主动振动控制
4.1 引言
4.2 基于观测器的主动振动抑制自适应控制器设计
4.2.1 问题的描述
4.2.2 模态观测器的设计
4.2.3 振动抑制器的设计
4.2.4 自适应控制器的设计
4.2.5 仿真实例
4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]“风云”激荡四十载——中国风云系列气象卫星工程研制纪实[J]. 赵聪. 太空探索. 2018(01)
[2]基于期望补偿的挠性航天器自适应鲁棒主动振动控制[J]. 余臻,郭毓,王璐,吴益飞,郭健. 振动与冲击. 2017(24)
[3]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)
[4]挠性航天器退步自适应姿态机动及主动振动控制[J]. 刘敏,杨军,李学林,徐世杰. 空间控制技术与应用. 2015(01)
[5]挠性航天器姿态机动的变论域自整定模糊PID控制[J]. 魏凤美,赵育善,师鹏. 中国空间科学技术. 2014(06)
[6]小型四旋翼飞行器新型非线性PID姿态控制器设计[J]. 李杰,齐晓慧,韩帅涛. 机械科学与技术. 2013(08)
[7]基于直接自适应控制的挠性航天器高精度姿态控制[J]. 崔美瑜,徐世杰. 航天控制. 2011(05)
[8]挠性航天器姿态机动和振动抑制的自适应控制[J]. 焦晓红,张立尧. 电机与控制学报. 2011(07)
[9]基于分力合成方法的航天器闭环反馈控制[J]. 张建英,刘暾,郑立伟. 哈尔滨工业大学学报. 2010(03)
[10]修正型罗德里格参数姿态算法研究[J]. 赵长山,秦永元,贾继超,郭林峰. 测控技术. 2009(09)
博士论文
[1]挠性航天器姿态机动的主动振动控制[D]. 胡庆雷.哈尔滨工业大学 2006
硕士论文
[1]局部惯量未知的航天器组合体姿态控制[D]. 秦琰.哈尔滨工业大学 2015
[2]挠性卫星高稳定度姿态控制方法研究[D]. 张超.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于压电元件的帆板振动抑制控制系统设计与实验分析[D]. 袁秋帆.哈尔滨工业大学 2014
[4]卫星姿态机动非线性建模与分力合成振动抑制[D]. 刘延杰.哈尔滨工业大学 2013
[5]挠性卫星姿态机动及稳定控制算法研究[D]. 赖爱芳.南京理工大学 2012
[6]带有输入饱和的挠性航天器姿态跟踪鲁棒控制研究[D]. 肖冰.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3178258
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