柔性航天器边界振动控制研究

发布时间：2025-01-08 23:16

　　柔性结构材料（如柔性太阳帆板和大型天线等）因具有轻质量、低耗能及经济性好的优点而被广泛运用于航天器中。为了完成航天任务,航天器需要频繁地大角度快速旋转机动。在复杂的太空环境中,外部干扰和航天器自身的姿态机动都会导致柔性附件振动。由于大型柔性附件的阻尼较小,其振动很难在短时间内自然衰减。这些不理想的连续过激振动会影响柔性航天器系统的稳定性和控制精度,更严重的会导致柔性附件的断裂,从而减少航天器的使用寿命。航天器的快速姿态机动导致系统结构参数发生变化。从数学上看,柔性航天器系统是具有无穷维状态空间的分布参数系统。因此,柔性航天器是一个刚柔耦合、参数不确定、具有无穷维状态空间且受外部干扰影响的复杂系统。结合实际工程,柔性航天器的执行机构通常还带有死区、饱和等不光滑非线性特征。此外,柔性航天器往往需要限制姿态角跟踪误差以确保可以精准定向,这些不利因素导致柔性航天器姿态机动中的主动振动控制设计具有一定的难度。结合理论研究和实际工程,本文对柔性航天器姿态机动中的振动抑制问题进行深入研究。本论文的主要创新和内容如下:运用哈密尔顿原理和变分原理,推导出受外部干扰影响的柔性航天器系统的动力学模型为一组耦合...

【文章页数】：129 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 柔性航天器振动控制研究现状
        1.2.2 分布参数系统控制设计研究现状
        1.2.3 输入非线性和输出约束
    1.3 论文主要内容与结构安排
第二章 系统建模与基本知识
    2.1 动力学建模
    2.2 李雅普诺夫直接法
    2.3 基本引理及定理
    2.4 本章小结
第三章 受外部干扰影响的柔性航天器边界控制
    3.1 引言
    3.2 基于干扰观测器的边界控制
        3.2.1 干扰观测器
        3.2.2 边界控制
    3.3 稳定性分析
        3.3.1 适定性
        3.3.2 指数稳定
    3.4 数值仿真
    3.5 本章小结
第四章 存在系统参数不确定的柔性航天器的自适应边界控制
    4.1 引言
    4.2 控制目标及假设
    4.3 控制设计
        4.3.1 自适应边界控制
        4.3.2 稳定性分析
    4.4 数值仿真
    4.5 本章小结
第五章 带有非对称输入和输出约束的柔性航天器的自适应边界控制
    5.1 引言
    5.2 问题描述
        5.2.1 引理及假设
        5.2.2 非对称输入和输出约束及控制目标
    5.3 控制设计
        5.3.1 基于非对称障碍李雅普诺夫函数的自适应边界控制
        5.3.2 一致有界稳定
    5.4 数值仿真
    5.5 本章小结
第六章 带有输入死区的柔性航天器的自适应神经网络控制
    6.1 引言
    6.2 问题描述
        6.2.1 引理及假设
        6.2.2 输入死区及控制目标
    6.3 控制设计
        6.3.1 自适应神经网络边界控制
        6.3.2 一致有界稳定
    6.4 数值仿真
    6.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间的研究成果
致谢
附件



本文编号：4024770