跳变系统模型参考跟踪控制及其在航天器轨道控制中的应用

发布时间：2017-09-29 07:17

  本文关键词：跳变系统模型参考跟踪控制及其在航天器轨道控制中的应用

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【摘要】：模型参考跟踪控制是控制领域中的一个重要研究方向,在众多实际控制工程领域有广泛的应用。另一方面,航天器轨道控制中的众多问题,都可归结为Markov跳变系统的模型参考输出跟踪控制问题。本文将常规的线性定常系统的模型跟踪控制问题推广到跳变系统,提出了该问题的完全参数化求解算法及其在航天器几类典型轨道控制中的应用,为航天器轨道控制提供了新的思路。本文的主要结果包括以下三个方面:1.建立了Markov跳变系统的模型参考跟踪控制问题的参数化求解方法。首先,给出了跳变系统模型参考输出跟踪控制器的一般形式、存在条件及其证明。然后,建立了具有最大输入约束条件的线性矩阵不等式方法和最小能耗指标下的最优反馈控制器迭代算法来设计反馈镇定控制器。最后,将跳变系统的模型参考跟踪控制器的求解转化成对一组非齐次广义Sylvester方程组的求解,参考广义Sylvester方程的参数化通解的求解方法,给出了控制器的完全参数化表达式。本文所给出的控制器参数化形式简洁,求解方法易于编程实现。参数化表达式里包含了自由参数矩阵,给控制器设计带来额外的自由度,可以为进一步的控制器优化提供方便。2.建立了具有随机推力器故障的航天器轨道控制问题的控制器设计方法。给出了具有Markov跳变参数的Clohessy Wiltshire方程作为该轨道控制问题的数学描述,将该问题归结为一个跳变系统模型参考输出跟踪控制问题。针对执行器随机故障下的航天器空间悬停和空间绕飞两类轨道控制任务,分别设计了相应任务下的参考模型,运用本文提出的参数化设计方法进行控制器求解并进行Matlab数值仿真。仿真结果表明,在推力器发生随机跳变故障的情况下,被控系统仍能快速平稳地跟踪上参考信号,并且满足最大推力约束等指标要求。3.给出了跳变系统模型参考跟踪控制方法在航天器反拦截轨道机动控制中的应用。针对航天器沿固定弹道飞行而容易被追踪和拦截的问题,介绍了一种基于跳变控制输入的航天器反拦截模型参考跟踪控制方法。将该控制问题归结为一个跳变系统模型参考跟踪问题,给出了航天器在随机切换控制下的模型参考跟踪控制问题的一般数学描述,建立了控制器的存在条件及其参数化设计算法,最后给出数值仿真验证了所提算法的有效性。
【关键词】：模型参考跟踪控制 参数化方法 跳变系统 航天器轨道控制
【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
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义9-11
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究的背景和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-14
• 1.2.1 航天器轨道控制发展概况11-12
• 1.2.2 航天器轨道控制方法研究现状12-13
• 1.2.3 跳变系统和模型参考跟踪控制的研究现状13-14
• 1.3 论文主要研究内容及章节安排14-17
• 第2章 动力学模型与控制问题描述17-24
• 2.1 引言17
• 2.2 近距离相对机动轨道动力学模型17-20
• 2.3 圆轨道近距离相对机动控制问题的描述20-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 模型参考跟踪控制器的参数化设计24-36
• 3.1 引言24
• 3.2 问题描述24-25
• 3.3 模型参考跟踪控制器存在条件25-26
• 3.4 状态反馈控制器设计26-31
• 3.4.1 最大输入约束的LMI方法26-29
• 3.4.2 最优反馈控制器设计方法29-31
• 3.5 前馈补偿器设计31-34
• 3.6 控制器求解算法34-35
• 3.7 本章小结35-36
• 第4章 典型轨道机动任务的控制器求解及仿真36-56
• 4.1 引言36
• 4.2 悬停任务的最优控制器设计与仿真36-45
• 4.2.1 相关参数36-37
• 4.2.2 悬停任务参考模型和优化指标37-38
• 4.2.3 控制器求解38-42
• 4.2.4 数值仿真42-45
• 4.3 有限推力下绕飞任务的控制器设计与仿真45-54
• 4.3.1 相关参数45-46
• 4.3.2 绕飞任务下参考模型46-47
• 4.3.3 控制器求解47-51
• 4.3.4 数值仿真51-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 具有跳变控制输入的航天器反拦截控制方法56-71
• 5.1 引言56
• 5.2 问题描述56-59
• 5.3 控制器的参数化设计方法59-64
• 5.3.1 模型参考跟踪控制器存在条件60
• 5.3.2 状态反馈控制器设计60-61
• 5.3.3 前馈补偿器设计61-63
• 5.3.4 控制器求解算法63-64
• 5.4 控制器求解与数值仿真64-70
• 5.4.1 相关参数64-65
• 5.4.2 控制器求解65-67
• 5.4.3 仿真结果与分析67-70
• 5.5 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果78-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 ;Adaptive control for autonomous rendezvous of spacecraft on elliptical orbit[J];Acta Mechanica Sinica;2009年04期

2 师鹏;李保军;赵育善;;有限推力下的航天器绕飞轨道保持与控制[J];北京航空航天大学学报;2007年07期

3 钱宇;徐敏;郭东;闫循良;;基于预警专家系统的航天器规避研究[J];计算机仿真;2011年05期

4 崔红正;韩潮;;航天器抗攻击规避方法研究[J];科技导报;2008年20期

5 段广仁，强文义，冯文剑，，孙连举;模型参考控制系统设计的一种完全参数化方法[J];宇航学报;1994年02期

本文编号：940669