模糊滑模与神经网络混合卫星姿态控制
发布时间：2022-01-23 14:51
姿态控制系统是保证卫星在轨期间能否具有高水平控制性能的关键。随着科技发展和社会进步,人类对卫星的要求任务越来越多样化,这会导致卫星的结构趋于复杂化。结构的复杂化会在一定程度上使得卫星姿态控制系统在工作时受到的不确定因素变多。所以在对卫星姿态控制系统的设计中,需要寻求一些优越的方法对这些问题进行处理,以期能得到一个在复杂空间环境下的高水平设计方案。考虑到卫星的初始混沌状态,利用滑模变结构控制来解决卫星混沌状态并提高姿态控制的稳定性和精度。考虑到滑模变结构存在的抖振及其消极影响,采用基于指数趋近律的模糊滑模控制方法对抖振进行大幅度削弱直至基本消除。但在降抖的控制方法中未充分考虑对卫星数学模型中复合干扰的逼近,引入基于改进粒子群的径向基神经网络方法对复合干扰进行逼近。仿真验证了设计的模糊滑模与神经网络混合方法不但保证了卫星姿态控制的稳定,同时消除了控制力矩的抖振,并对干扰实现了有效的逼近,展现出优越的控制性能。论文的主要研究内容包括:首先,对卫星姿态控制问题的基本知识进行了简要的介绍,包括国内外研究现状、相关坐标系的定义、姿态描述方法和卫星姿态模型的建立等。简要介绍了混沌系统的相关概念,并通...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卫星姿态控制系统结构框图
gY 轴指向正北方位，gZ 轴指天，且三轴相互构成右手直角坐标系。图 2.1 参考坐标系示意图2.1.2 卫星姿态描述方法卫星姿态描述方法，简单来说就是指卫星载体坐标系当对于参考坐标系的方向指向。确定参考坐标系是卫星姿态描述的基础工作，再通过利用常用的方法对其进行描述。现有比较常用的姿态参数方法包括方向余弦矩阵法、欧拉角法、四元数法、罗德里格参数法和修正罗德里格参数法等。其中，方向余弦矩阵法代数计算较容易，无三角函数，但其约束较多；欧拉角法的简单计算都是小角度的线性运算，基础理论简易明显，但含有三角函数，有奇点；四元数法无三角函数，无奇点；罗德里格参数法和修正罗德里格参数法通常适用于刚体卫星转动，对大角度转动产生奇异。下面对这些方法做具体介绍[76]。1、方向余弦矩阵方向余弦矩阵描述了卫星载体坐标系相对与参考坐标系之间的转换关系，若以b 和r 分别表示载体坐标系和参考坐标系，各坐标轴上的单位矢量记为x ， y ， z ，那么载体坐标系和参考坐标系之间的方向余弦矩阵描述如下式所示
zxbrzybrzzbrAzxAzyAzz标矢量描述 bbbx , y,z在参考坐标系r 中可 rrrbrbbbzyxAzyx一个行列式值为 1的正交矩阵，它的九个一定能确定唯一的brA ，即存在多重解且是三个姿态角，理论简单易懂，看起来较参考坐标系围绕自身的三轴依次旋转进而的角度即为相应的欧拉角。择不同的旋转轴和旋转顺序，总共可以 X Y顺序进行旋转，如图 2.2 所示动角 和俯仰角 。
【参考文献】：
期刊论文
[1]执行器故障卫星的自适应模糊滑模容错控制[J]. 屠园园,王大轶,李文博. 航天控制. 2017(05)
[2]卫星姿控系统的鲁棒H2/H∞混合控制问题研究[J]. 刘善伍,张学钢,陈宏宇. 航天控制. 2017(04)
[3]卫星姿态的状态转移控制[J]. 谭天乐. 控制理论与应用. 2017(05)
[4]地球同步轨道卫星在轨异常与空间环境相关性分析[J]. 常峥,王咏梅,田天,潘业欣. 宇航学报. 2017(04)
[5]微纳卫星姿态机动的变论域模糊PID控制[J]. 张悦,林都,鲜浩,林云海. 自动化仪表. 2017(03)
[6]空间态势感知卫星非线性积分滑模控制[J]. 董天舒,何英姿,李克行,陈上上,刘贺龙. 航天控制. 2016(06)
[7]考虑安装偏差的联合执行机构自适应控制算法[J]. 叶东,孙兆伟,刘一帆. 哈尔滨工业大学学报. 2016(11)
[8]面向非沿迹成像的姿态跟踪扩展观测器滑模控制[J]. 叶东,屠园园,孙兆伟. 宇航学报. 2016(06)
[9]基于特征模型的挠性充液卫星姿态控制[J]. 张涛. 空间控制技术与应用. 2016(03)
[10]航天器太阳帆板展开过程最优控制的自适应Gauss伪谱法[J]. 董雪仰,戈新生. 应用数学和力学. 2016(06)
博士论文
[1]轨道调控期间挠性卫星的姿态容错控制算法研究[D]. 杨婧.哈尔滨工业大学 2017
[2]微小卫星姿态确定系统设计与控制技术研究[D]. 李杰.中北大学 2017
[3]控制受限的挠性航天器姿态容错控制[D]. 姜野.哈尔滨工业大学 2011
[4]粒子群算法的基本理论及其改进研究[D]. 刘建华.中南大学 2009
[5]挠性多体航天器动力学建模与姿态控制技术研究[D]. 仝西岳.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于Backstepping的卫星姿态控制方法研究[D]. 孟海涛.渤海大学 2017
[2]三轴稳定卫星姿态确定与控制系统研究[D]. 曹阳.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3604579
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
卫星姿态控制系统结构框图
gY 轴指向正北方位，gZ 轴指天，且三轴相互构成右手直角坐标系。图 2.1 参考坐标系示意图2.1.2 卫星姿态描述方法卫星姿态描述方法，简单来说就是指卫星载体坐标系当对于参考坐标系的方向指向。确定参考坐标系是卫星姿态描述的基础工作，再通过利用常用的方法对其进行描述。现有比较常用的姿态参数方法包括方向余弦矩阵法、欧拉角法、四元数法、罗德里格参数法和修正罗德里格参数法等。其中，方向余弦矩阵法代数计算较容易，无三角函数，但其约束较多；欧拉角法的简单计算都是小角度的线性运算，基础理论简易明显，但含有三角函数，有奇点；四元数法无三角函数，无奇点；罗德里格参数法和修正罗德里格参数法通常适用于刚体卫星转动，对大角度转动产生奇异。下面对这些方法做具体介绍[76]。1、方向余弦矩阵方向余弦矩阵描述了卫星载体坐标系相对与参考坐标系之间的转换关系，若以b 和r 分别表示载体坐标系和参考坐标系，各坐标轴上的单位矢量记为x ， y ， z ，那么载体坐标系和参考坐标系之间的方向余弦矩阵描述如下式所示
zxbrzybrzzbrAzxAzyAzz标矢量描述 bbbx , y,z在参考坐标系r 中可 rrrbrbbbzyxAzyx一个行列式值为 1的正交矩阵，它的九个一定能确定唯一的brA ，即存在多重解且是三个姿态角，理论简单易懂，看起来较参考坐标系围绕自身的三轴依次旋转进而的角度即为相应的欧拉角。择不同的旋转轴和旋转顺序，总共可以 X Y顺序进行旋转，如图 2.2 所示动角 和俯仰角 。
【参考文献】：
期刊论文
[1]执行器故障卫星的自适应模糊滑模容错控制[J]. 屠园园,王大轶,李文博. 航天控制. 2017(05)
[2]卫星姿控系统的鲁棒H2/H∞混合控制问题研究[J]. 刘善伍,张学钢,陈宏宇. 航天控制. 2017(04)
[3]卫星姿态的状态转移控制[J]. 谭天乐. 控制理论与应用. 2017(05)
[4]地球同步轨道卫星在轨异常与空间环境相关性分析[J]. 常峥,王咏梅,田天,潘业欣. 宇航学报. 2017(04)
[5]微纳卫星姿态机动的变论域模糊PID控制[J]. 张悦,林都,鲜浩,林云海. 自动化仪表. 2017(03)
[6]空间态势感知卫星非线性积分滑模控制[J]. 董天舒,何英姿,李克行,陈上上,刘贺龙. 航天控制. 2016(06)
[7]考虑安装偏差的联合执行机构自适应控制算法[J]. 叶东,孙兆伟,刘一帆. 哈尔滨工业大学学报. 2016(11)
[8]面向非沿迹成像的姿态跟踪扩展观测器滑模控制[J]. 叶东,屠园园,孙兆伟. 宇航学报. 2016(06)
[9]基于特征模型的挠性充液卫星姿态控制[J]. 张涛. 空间控制技术与应用. 2016(03)
[10]航天器太阳帆板展开过程最优控制的自适应Gauss伪谱法[J]. 董雪仰,戈新生. 应用数学和力学. 2016(06)
博士论文
[1]轨道调控期间挠性卫星的姿态容错控制算法研究[D]. 杨婧.哈尔滨工业大学 2017
[2]微小卫星姿态确定系统设计与控制技术研究[D]. 李杰.中北大学 2017
[3]控制受限的挠性航天器姿态容错控制[D]. 姜野.哈尔滨工业大学 2011
[4]粒子群算法的基本理论及其改进研究[D]. 刘建华.中南大学 2009
[5]挠性多体航天器动力学建模与姿态控制技术研究[D]. 仝西岳.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于Backstepping的卫星姿态控制方法研究[D]. 孟海涛.渤海大学 2017
[2]三轴稳定卫星姿态确定与控制系统研究[D]. 曹阳.哈尔滨工程大学 2012
本文编号：3604579
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