挠性卫星基于四元数的滑模姿态控制

发布时间：2022-04-25 20:17

　　挠性卫星在轨运行期间,由于受挠性附件振动以及空间环境存在的干扰力矩的影响,在进行姿态控制器设计时需要考虑挠性模态信息不可测量和外界干扰作用时的问题。如果没有采取有效的控制策略对卫星进行姿态控制,那么在空间任务中,卫星姿态控制将很难达到所需要的精度指标。本学位论文在基于四元数的挠性卫星数学模型的基础上,针对挠性卫星在受到外部干扰的情况下进行姿态机动控制器设计。本文主要研究内容包括以下几个方面:针对挠性卫星系统存在外部干扰的“rest-to-rest”姿态机动问题,考虑外部干扰力矩上界已知的情况。在挠性模态完全可测的情况下,利用滑模控制器设计原理选取了合理的滑模面,并给出全状态反馈滑模姿态控制器。另外,针对在实际应用中挠性模态信息难以获得的情况,构造了挠性模态观测器。利用观测器得到的模态值、测量得到的角速度和四元数姿态作为控制器的输入信号,设计基于模态观测器的姿态滑模控制器。通过对比挠性卫星系统的模态信息和观测值响应曲线,验证了所设计的模态观测器能够很好的估计挠性模态信息。为了调节挠性卫星系统状态在趋近于滑模面时的速度,减少传统滑模控制中控制量的高频抖动,引入了带自校正参数的切换控制项。在... 

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究目的和意义
    1.2 研究现状及分析
        1.2.1 挠性卫星姿态控制
        1.2.2 滑模控制算法
    1.3 主要研究内容
第2章 挠性卫星姿态控制系统模型
    2.1 基本坐标系定义
    2.2 挠性卫星姿态运动学
        2.2.1 姿态四元数表示
        2.2.2 挠性卫星姿态运动学方程
    2.3 挠性卫星姿态动力学
    2.4 本章小结
第3章 挠性卫星姿态系统滑模控制器
    3.1 全状态反馈挠性卫星姿态滑模控制器设计
        3.1.1 滑模面设计
        3.1.2 全状态反馈控制器设计
    3.2 基于观测器的挠性卫星姿态滑模控制器设计
        3.2.1 挠性模态观测器设计
        3.2.2 基于挠性模态观测器的滑模姿态控制器设计
    3.3 仿真分析
        3.3.1 全状态反馈控制器仿真验证
        3.3.2 基于观测器的滑模姿态控制器仿真验证
    3.4 本章小结
第4章 挠性卫星姿态系统自适应滑模控制器
    4.1 全状态反馈自适应滑模控制器设计
        4.1.1 带有自校正参数的自适应切换控制项设计
        4.1.2 基于全状态反馈的自适应挠性卫星姿态滑模控制器设计
    4.2 基于观测器的自适应挠性卫星姿态滑模控制器设计
        4.2.1 挠性模态观测器设计
        4.2.2 基于观测器的自适应滑模控制器设计
    4.3 仿真验证
        4.3.1 全状态反馈自适应滑模姿态控制器仿真验证
        4.3.2 基于观测器的自适应挠性卫星姿态滑模控制器仿真验证
    4.4 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]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)
[2]应用旋转矩阵的卫星姿态输出反馈机动控制[J]. 黄静,刘刚,刘付成,李传江.  航空学报. 2016(12)
[3]航天器姿态机动的滑模变结构控制与仿真[J]. 牛亚峰,党常平,杨成伟.  科学技术与工程. 2014(13)
[4]基于欧拉角观测模型的航天器姿态确定方法[J]. 张力军,张士峰,杨华波,钱山.  国防科技大学学报. 2012(06)
[5]一种改进的自适应滑模控制及其在航天器姿态控制中的应用[J]. 丛炳龙,刘向东,陈振.  控制与决策. 2012(10)
[6]挠性卫星的变结构姿态控制[J]. 管萍,刘小河,刘向杰.  控制理论与应用. 2007(03)
[7]用于卫星姿态机动控制的一种自适应模糊控制器[J]. 王蜀泉,尹逊和,赵光恒.  空间科学学报. 2006(01)



本文编号：3648271