考虑执行器饱和的卫星编队飞行控制

发布时间：2017-08-31 15:16

  本文关键词：考虑执行器饱和的卫星编队飞行控制

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【摘要】：由于航天技术是衡量一个国家科技、研发和经济实力的重要标志,因此许多国家对卫星编队技术越来越重视。卫星属于一种物理设备,它只能提供有限的控制性能,也就是一定存在着执行器饱和的情况。如果系统工作在饱和区,那么就可能造成整个系统闭环不稳定。本文就是要考虑执行器饱和情况下的卫星编队控制问题。首先,根据牛顿定律建立数学模型,在本文中不考虑各种外力对卫星编队系统的影响。由于参考星与环绕星的距离远远小于参考星与地球球心的距离,于是对模型进行了线性化处理,得到的方程称之为C-W方程。这种模型的优点使得数学表达式简单明了,可以很方便地进行理论分析和控制器的设计。然后,为了保障卫星在无输入的条件下能够在一个二维平面上做周期的圆形轨迹运动,论文给出了卫星编队系统的初始条件选择方式。最后,我们进行了Matlab仿真,验证了只有按照给出的条件进行初始状态的选择才能保障卫星轨道是圆形轨迹。其次,考虑执行器饱和的卫星编队控制问题实质上就是一致性问题。为了使跟随星与主星达到半全局一致状态,我们进行状态反馈控制器的设计。但是,我们很难对原系统直接进行设计,因此先对原问题进行转化。于是,通过选取新的状态变量把一致性问题转化为镇定性问题,从而方便进行半全局状态反馈控制律的设计。本文设计控制器的思想是通过低增益反馈的方法使具有执行器饱和的卫星编队系统只工作在线性区。通过这样的控制器设计方法,就消除了饱和非线性对系统的影响。最后,我们给出了大量的仿真。由仿真曲线可以得出,本文所设计的状态反馈控制器能够使具有执行器饱和的卫星编队系统达到一致状态。仿真结果还表明某个设计参数越大,系统的收敛速度就越快,即动态性能就越强。
【关键词】：卫星编队 饱和非线性 状态反馈 半全局镇定 一致性
【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】：2015
【分类号】：V448.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题的来源8
• 1.2 课题的研究背景和意义8-10
• 1.3 国内外卫星编队研究现状及分析10-14
• 1.3.1 国外研究现状10-12
• 1.3.2 国内研究现状12-13
• 1.3.3 卫星编队的一般控制方法13-14
• 1.4 饱和非线性问题的研究现状14-15
• 1.5 主要研究内容及各章安排15-17
• 第2章 预备基础知识17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 图论17-19
• 2.2.1 图论中路径的定义18-19
• 2.3 矩阵Kronecker积定义及性质19-20
• 2.4 控制系统中的一些基本概念20-21
• 2.5 参量Lyapunov方程方法21-24
• 2.6 半全局镇定24-25
• 2.6.1 通过?L低增益反馈使系统达到?L半全局镇定24-25
• 2.7 本章小结25-27
• 第3章 卫星编队模型的建立27-43
• 3.1 引言27
• 3.2 基本概念及坐标系的定义27-29
• 3.2.1 基本概念27-29
• 3.2.2 坐标系的定义29
• 3.3 相对动力学模型的推导29-33
• 3.3.1 模型推导29-33
• 3.4 初始条件的选择33-39
• 3.5 仿真曲线39-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 考虑执行器饱和的编队控制43-60
• 4.1 引言43
• 4.2 卫星编队问题的描述43-46
• 4.3 卫星编队问题的转化46-48
• 4.4 卫星编队问题的解48-50
• 4.5 仿真分析50-59
• 4.6 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 金涛;刘樾;;对发展我国惯性测试技术的几点思考[J];航空精密制造技术;2006年05期

2 林来兴;小卫星编队飞行及其轨道构成[J];中国空间科学技术;2001年01期

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本文编号：766331