局部惯量未知的航天器组合体姿态控制

发布时间：2017-09-24 18:38

  本文关键词：局部惯量未知的航天器组合体姿态控制

  更多相关文章： 在轨服务 姿态控制 惯量不确定性 极点配置

【摘要】：随着空间技术的发展,在轨服务技术得到了各航天大国更多的瞩目和关注。在轨服务航天器是实现在轨服务的核心载体。作为空间的加油站和维修站,在轨服务航天器的作用也日益凸显。本论文以在轨服务为背景,主要研究了在轨服务航天器与失控目标航天器组合后所形成的航天器组合体的姿态控制问题,具体的研究内容如下:当携带有效载荷的目标航天器在空中失控后,服务航天器与之进行交会对接,形成航天器组合体并控制其姿态,协助其完成空间任务。组合体的质量特性与服务航天器相比有显著变化,考虑航天器质量特性的显著变化是本文姿态控制器设计的一个重点。当与质量特性未知的目标航天器进行组合,组合体质量特性辨识或者辨识存在误差等都使航天器组合体的惯量具有了一定的不确定性。考虑航天器组合体转动惯量的不确定性是本文的另一个研究重点。本文考虑服务航天器与惯量精确已知,惯量通过辨识而具有一定不确定性和惯量无法辨识或未经辨识三种情况下的目标航天器对接后形成航天器组合体,分别设计服务航天器的姿态控制器实现对组合体的姿态控制。当目标航天器的惯量精确已知时,考虑航天器组合体相对于服务航天器惯量增大的情况,提出了基于极点配置的与惯量相关的姿态控制器设计方法。当航天器惯量变化时,系统的稳定速率不受影响。当组合航天器的惯量值经辨识后存在误差时,考虑航天器组合体惯量不确定性和外界干扰力矩因素的影响,通过李亚普诺夫稳定性理论设计与极点相关的滑模函数参数值,设计了基于极点配置的滑模控制器,并证明了其稳定性。当组合航天器惯量未知时,可以将航天器组合体视为具有大不确定性惯量的服务航天器。为保证滑模增益对大惯量不确定性的鲁棒性,同时减小系统到达平衡位置附近时的抖振现象,设计自适应时变滑模增益,并增加自适应控制项。通过李雅普诺夫稳定性定理设计与极点相关的滑模增益并证明其稳定性。极点配置控制器和滑模控制器均可视为该控制器中的一部分,因此对于惯量精确已知和部分未知的航天器组合体该控制器均可适用。控制器参数与极点和已知惯量部分相关,根据系统性响应指标设计极点即可使系统在期望时间内稳定,无需整定控制器的参数。
【关键词】：在轨服务 姿态控制 惯量不确定性 极点配置
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-18
• 1.2.1 在轨服务的研究现状10-14
• 1.2.2 控制理论及其在航天器姿态上的研究14-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-20
• 第2章 航天器动力学模型与相关控制理论20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 航天器姿态运动20-24
• 2.2.1 坐标系定义20-21
• 2.2.2 航天器的姿态描述21-23
• 2.2.3 航天器的姿态动力学建模23-24
• 2.3 航天器的姿态控制理论24-29
• 2.3.1 极点配置25
• 2.3.2 不确定性系统25-26
• 2.3.3 滑模控制26-27
• 2.3.4 滑模变结构存在问题及主要解决方法27-28
• 2.3.5 自适应控制28
• 2.3.6 李亚普诺夫稳定性定理28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 基于极点配置的姿态控制器设计30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 误差四元数和误差角速度30-31
• 3.3 标称系统的姿态控制器设计31-35
• 3.4 极点配置控制器的仿真验证及性能分析35-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第4章 基于极点配置的滑模姿态控制43-54
• 4.1 引言43
• 4.2 滑模控制器参数设计与稳定性证明43-47
• 4.3 基于极点配置的滑模控制器仿真验证及性能分析47-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 基于极点配置的滑模自适应姿态控制54-66
• 5.1 引言54
• 5.2 滑模自适应控制器设计54-55
• 5.3 滑模函数增益的选取和系统稳定性证明55-59
• 5.4 滑模自适应控制器的仿真分析59-65
• 5.5 本章小节65-66
• 结论66-68
• 参考文献68-72
• 读硕士学位期间发表的论文及其他成果72-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 韩艳铧;徐波;;航天器姿态控制的一种自适应方法[J];航天控制;2009年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 付艳兰;三轴稳定挠性卫星的PD及滑模变结构姿态控制方法研究[D];南京理工大学;2010年

，

本文编号：912854