考虑执行机构特性的航天器姿态控制

发布时间：2017-08-30 02:26

  本文关键词：考虑执行机构特性的航天器姿态控制

  更多相关文章： 姿态控制 角速度受限 滑模控制 输入饱和 输入非线性

【摘要】：航天器的在轨任务成败关键在于如何保证航天器姿态控制系统的稳定性以及航天器姿态控制的精度,因此必须设计良好的控制器使得系统的稳定性和控制性能得到满足。在轨运行的航天器由于受到自身执行机构、测量元件等物理条件上的限制,在姿态控制过程中不可避免地面临多种约束,如输入饱和、输入非线性、执行机构不确定性以及姿态角速度受限等,严重影响航天器姿态控制的稳定性和控制精度。因此研究考虑此类约束条件下的航天器姿态控制具有重要的意义,本文的研究内容主要包括以下几个方面:本文首先针对航天器所面临的各种约束进行数学抽象与合理假设,然后基于多种约束条件建立了刚体航天器数学模型。针对考虑输入饱和的姿态控制问题,设计了一种能够显式地满足输入饱和约束的非线性滑模控制器,使得闭环系统在输入饱和受限的条件下渐近稳定;在此基础上,进一步将输入饱和问题扩展为输入变饱和问题,设计一种自适应滑模控制器,该控制器显式地满足输入变饱和约束并能够使闭环系统渐近稳定。另外,进一步设计同时考虑输入变饱和与执行机构不确定性的自适应控制器,使航天器不仅能够满足输入变饱和约束并且有效补偿执行机构不确定性的影响。基于上述基础上,进一步针对考虑输入非线性的姿态控制问题,先后设计了同时考虑输入变饱和与角速度受限、进一步同时考虑输入非线性和角速度受限的自适应控制器,使航天器姿态控制系统的角速度满足特定的约束,并有效补偿输入非线性的影响,系统在输入变饱和约束下保持稳定。最后,将本文设计的控制器进行数值仿真验证,验证其有效性和优越性。本文设计的控制器不受系统参数变化的影响,且对外部有界干扰具有较强的鲁棒性。
【关键词】：姿态控制 角速度受限 滑模控制 输入饱和 输入非线性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题的来源及研究的目的和意义8-10
• 1.2 国内外研究现状与分析10-15
• 1.2.1 反作用飞轮的国内外研究现状10-11
• 1.2.2 输入饱和受限的国内外研究现状11-14
• 1.2.3 安装偏差与输入非线性的国内外研究现状14-15
• 1.3 本文的主要研究内容和写作安排15-16
• 第2章 航天器数学模型及基础知识16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 预备知识16-18
• 2.2.1 坐标系阐述16-17
• 2.2.2 相关基础理论17-18
• 2.3 刚体航天器数学模型18-20
• 2.3.1 姿态镇定模型18-19
• 2.3.2 姿态跟踪模型19-20
• 2.4 飞轮直流无刷电动机理论基础20-24
• 2.4.1 电动机运行理论阐释20-22
• 2.4.2 电机数学模型22-24
• 2.5 控制约束问题描述24-27
• 2.5.1 输入饱和受限24
• 2.5.2 飞轮安装偏差24-26
• 2.5.3 输入非线性26
• 2.5.4 姿态角速度受限26
• 2.5.5 控制目标26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 考虑输入变饱和受限的航天器姿态控制28-48
• 3.1 引言28-29
• 3.2 考虑输入饱和的滑模控制律设计29-35
• 3.2.1 基于等效控制思想的滑模控制律设计29-30
• 3.2.2 非线性滑模控制律设计30-32
• 3.2.3 仿真验证32-35
• 3.3 考虑输入变饱和的滑模控制律设计35-41
• 3.3.1 力矩变饱和模型35-36
• 3.3.2 考虑输入变饱和的滑模控制律设计36-38
• 3.3.3 仿真验证38-41
• 3.4 同时考虑输入变饱和与飞轮安装偏差的自适应控制律设计41-46
• 3.4.1 同时考虑输入变饱和与飞轮安装偏差的自适应控制律设计41-43
• 3.4.2 仿真验证43-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第4章 考虑输入非线性的航天器姿态控制48-65
• 4.1 引言48
• 4.2 同时考虑输入变饱和与姿态角速度受限的控制律设计48-56
• 4.2.1 不考虑外部干扰的情况49-51
• 4.2.2 考虑外部干扰的情况51-53
• 4.2.3 仿真验证53-56
• 4.3 进一步考虑输入非线性的控制律设计56-63
• 4.3.1 进一步考虑输入非线性的控制律设计56-60
• 4.3.2 仿真验证60-63
• 4.4 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-74
• 致谢74

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本文编号：756762