非合作体附着下的组合多体航天器姿控方案研究

发布时间：2017-10-04 04:29

  本文关键词：非合作体附着下的组合多体航天器姿控方案研究

  更多相关文章： 非合作目标 惯量参数在轨辨识 变结构控制 非线性自适应控制 全物理仿真

【摘要】：在空间应用及空间对抗中,很多情况下涉及到非合作目标附着。由于非合作目标质量尺寸未知、运动形式未知,原航天器的姿态控制系统将面临很大挑战。为了解决非合作附着问题对姿态控制系统造成的干扰问题,本文以附着后新组合体姿态控制系统为主要研究对象,针对新组合体惯量参数未知的问题,分别采用惯量参数在轨辨识以及构造惯量估计两种方案来实现对惯量参数的获取,从而建立新组合体的动力学模型。基于新组合体动力学模型,本文开展了对非合作附着后新组合体姿态控制方案的研究。首先,通过对卫星动力学模型的分析,基于“整星零动量”,利用动量轮以及速率陀螺进行惯量参数的在轨辨识。接着本文通过搭建的某卫星被非合作目标附着的仿真平台,对PD控制进行不同非合作附着情形下的仿真,并对控制效果进行分析。针对PD控制在非合作附着中的不足,本文基于惯量参数在轨辨识设计了变结构控制律,通过引入惯量参数敏感非合作附着后系统的惯量变化,实现对非合作目标附着后新系统的自适应控制。通过非合作附着仿真平台进行仿真分析,验证变结构控制对不同附着情形下新组合体姿态控制的有效性。其次,针对变结构控制以及PD控制在非合作附着后新组合体姿态控制系统中的不足,本文基于惯量估计的思想,提出了一种基于非合作组合体整体惯量估计的非线性自适应控制方案。通过该控制方案,不仅可以实现对非合作附着后的新组合体姿态控制,同时还可以估计新组合体惯量参数。同样通过非合作附着仿真平台进行不同附着情形下的仿真分析,验证非线性自适应姿态控制器,在非合作目标惯量未知、引入动量未知等恶劣附着情形下的自适应性。最后,基于三轴气浮台,进行非合作附着问题的器件全物理演示以及控制方案的验证。本文利用三轴气浮台在某时刻引入一带有未知动量、未知惯量的质量块来模拟卫星被非合作附着的问题。通过上述的全物理仿真平台演示新组合体在非线性自适应控制方案下的控制效果。最后,通过实际姿态数据分析,验证了非线性自适应控制器在实际非合作体附着后新组合体姿态控制系统的有效性。
【关键词】：非合作目标 惯量参数在轨辨识 变结构控制 非线性自适应控制 全物理仿真
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.22
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 课题研究背景及意义13-15
• 1.2 国内外研究情况15-19
• 1.2.1 非合作组合体国内外研究现状15-17
• 1.2.2 非合作组合体在轨参数辨识国内外研究现状17-18
• 1.2.3 航天器姿态抗干扰控制方案国内外研究现状18-19
• 1.3 论文的主要研究工作19-22
• 第二章 非合作附着下的控制系统分析22-35
• 2.1 引言22
• 2.2 非合作目标附着后姿态控制系统结构22-24
• 2.3 非合作目标附着后新组合体姿态控制系统模型描述24-30
• 2.3.1 参考坐标系24-25
• 2.3.2 姿态动力学描述25-26
• 2.3.3 姿态运动学描述26-30
• 2.4 干扰力矩30-33
• 2.4.1 重力梯度力矩31
• 2.4.2 气动力矩31-32
• 2.4.3 地磁力矩32-33
• 2.5 非合作体对原系统造成的干扰分析33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 基于在轨参数辨识的非合作组合体姿态控制35-55
• 3.1 引言35-36
• 3.2 非合作附着后组合体惯量参数在轨辨识36-41
• 3.2.1 带飞轮的航天器姿态动力学模型36
• 3.2.2 惯量参数辨识36-38
• 3.2.3 惯量参数在轨辨识仿真38-41
• 3.3 非合作附着下的PD姿态控制41-46
• 3.3.1 PD控制器设计41-42
• 3.3.2 原卫星系统仿真42-44
• 3.3.3 非合作附着的PD控制44-46
• 3.4 非合作附着下的变结构控制46-54
• 3.4.1 变结构控制律设计46-47
• 3.4.2 变结构控制仿真47-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 非合作附着下新组合体自适应姿态控制55-75
• 4.1 引言55
• 4.2 自适应控制器设计55-63
• 4.2.1 控制器设计约束条件55
• 4.2.2 控制器设计55-59
• 4.2.3 过渡过程的设计59-60
• 4.2.4 非线性反馈设计60-63
• 4.3 非合作附着下自适应控制仿真与性能分析63-74
• 4.3.1 仿真参数设置63-64
• 4.3.2 姿态仿真结果64-72
• 4.3.3 惯量估计结果72-73
• 4.3.4 仿真性能分析73-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第五章 非合作附着下组合体姿控全物理仿真验证75-87
• 5.1 模拟非合作附着系统地面仿真平台75-80
• 5.1.1 气浮台平台简介75-77
• 5.1.2 气浮台姿控系统77-79
• 5.1.3 非合作附着执行机构以及控制模式选取79-80
• 5.2 模拟非合作附着地面仿真平台姿态控制系统实现80-86
• 5.2.1 系统平台总体仿真框架搭建80-81
• 5.2.2 气浮台初始条件81-82
• 5.2.3 姿态控制效果输出82-85
• 5.2.4 控制性能分析85-86
• 5.3 本章小结86-87
• 第六章 总结与展望87-90
• 6.1 全文工作总结87-88
• 6.2 后续研究工作展望88-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-95
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文95

【参考文献】

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