卫星快速姿态机动的轨迹实时规划与跟踪控制方法

发布时间：2017-08-31 07:24

  本文关键词：卫星快速姿态机动的轨迹实时规划与跟踪控制方法

  更多相关文章： 敏捷卫星 递阶饱和滑模控制器 控制时间切换法 非奇异快速终端滑模 切比雪夫神经网络

【摘要】：随着航天科技的不断发展,具有高观测精度和高机动性的敏捷卫星成为了研究的热门部分,本文针对敏捷卫星面对突发状况或接受突发任务时需要进行快速的姿态机动以及后续稳定跟踪的需要,对敏捷卫星实时快速姿态机动问题以及实现姿态跟踪控制问题进行了研究,主要包括:首先通过对比传统滑模控制器和递阶饱和PID控制器的优缺点,综合两者的优势设计了递阶饱和滑模控制器,该方法可以获得绕欧拉轴快速姿态机动的轨迹,该控制器具有良好的收敛效果和鲁棒性,并对转动惯量的拉偏具有一定的适应能力。该方法控制力矩并未处于完全饱和状态,说明获得的机动轨迹并不是时间最优的结果。针对控制力矩发挥不完全,机动轨迹不是时间最优的问题,通过采用应用于两连杆机械臂系统的控制时间切换法求解基于时间最优情况下的姿态机动轨迹。该方法假定控制力矩一直处于饱和状态,通过求解最佳的控制力矩切换时间进而获得最优的机动轨迹,由于该方法对初值选取要求较高,所以对前一部分的拟最优结果进行处理后作为初值,通过仿真验证该方法可以快速获得时间最优条件下的姿态机动轨迹,可以满足在轨卫星面对突发状况,实时获得最优姿态机动轨迹的任务需求。针对敏捷卫星在机动中需要保持姿态稳定的要求,同时保证收敛时间,设计一种非奇异快速终端滑模控制器,同时为增强系统自适应性及鲁棒性,采用切比雪夫神经网络方法,减小滑模变结构带来的抖振问题。对神经网络添加开关控制用以切换自适应神经网络和鲁棒控制。通过仿真结果,该控制器可以很好的跟踪前文获得的最优机动轨迹,并具有很高的稳定性和控制效果。
【关键词】：敏捷卫星 递阶饱和滑模控制器 控制时间切换法 非奇异快速终端滑模 切比雪夫神经网络
【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】：2015
【分类号】：V448.22;V412.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-18
• 1.2.1 敏捷卫星发展现状11-12
• 1.2.2 轨迹优化的发展历程12-14
• 1.2.3 时间最优的姿态机动轨迹规划研究现状14-16
• 1.2.4 姿态跟踪控制现状16-18
• 1.3 本文主要研究内容18-21
• 第2章 卫星动力学与运动学建模21-28
• 2.1 引言21
• 2.2 坐标系定义以及姿态描述21-25
• 2.2.1 方向余弦矩阵22
• 2.2.2 欧拉角22-23
• 2.2.3 姿态四元数23-24
• 2.2.4 修正的罗德里格斯参数24-25
• 2.3 卫星运动模型建立25-27
• 2.3.1 姿态运动学方程25-26
• 2.3.2 姿态动力学方程26
• 2.3.3 基于误差四元数的卫星姿态跟踪模型26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 递阶饱和滑模控制器28-41
• 3.1 引言28
• 3.2 传统滑模控制器28-29
• 3.3 递阶饱和PID控制器29
• 3.4 递阶饱和滑模控制器29-34
• 3.4.1 三轴递阶饱和滑模控制器29-30
• 3.4.2 递阶饱和滑模控制的运动形式30-32
• 3.4.3 稳定性证明32-34
• 3.5 仿真验证34-40
• 3.5.1 单轴机动仿真34-36
• 3.5.2 三轴机动仿真36-39
• 3.5.3 转动惯量拉偏仿真39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 基于控制时间切换法的姿态最优机动算法41-57
• 4.1 引言41
• 4.2 传统轨迹优化算法41-45
• 4.2.1 间接法41-43
• 4.2.2 离散控制变量的直接法43
• 4.2.3 同时离散控制变量和状态变量的直接法43-44
• 4.2.4 微分包含法44-45
• 4.3 控制时间切换法45-50
• 4.3.1 控制时间切换法的数学描述46-48
• 4.3.2 控制时间切换算法48-50
• 4.4 控制时间切换法仿真结果50-56
• 4.4.1 单轴机动仿真51-53
• 4.4.2 三轴机动仿真53-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 基于切比雪夫神经网络的滑模姿态跟踪控制57-73
• 5.1 引言57
• 5.2 基础控制理论57-58
• 5.3 神经滑模控制58-60
• 5.3.1 神经滑模控制58-59
• 5.3.2 切比雪夫神经网络59-60
• 5.4 控制器设计60-63
• 5.5 稳定性分析63-64
• 5.6 仿真分析64-72
• 5.6.1 未添加控制力矩限制的仿真66-68
• 5.6.2 添加控制力矩限制的仿真68-72
• 5.7 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果79-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 南英,陈士橹,严辉;航天器轨迹优化的通用数值方法[J];飞行力学;1996年03期

2 陈功;傅瑜;郭继峰;;飞行器轨迹优化方法综述[J];飞行力学;2011年04期

3 彭齐鸣;;资源卫星在国土资源领域应用及发展建议[J];国土资源遥感;2009年01期

4 管萍,陈家斌;挠性卫星的自适应模糊滑模控制[J];航天控制;2004年04期

5 张国琪;丁建钊;;柔性航天器姿态快速机动的自适应控制方法[J];空间控制技术与应用;2008年04期

6 张大伟;程卫强;;基于自适应模糊滑模的卫星姿态控制方法[J];上海航天;2013年02期

7 雷拥军;谈树萍;刘一武;;一种航天器姿态快速机动及稳定控制方法[J];中国空间科学技术;2010年05期

8 吴晓明,韩晓娟 ,王益群;连铸结晶器非正弦电液伺服控制系统H_∞控制[J];液压气动与密封;2001年03期

，

本文编号：764239