考虑控制与角速度受限的航天器姿态非线性滑模控制

发布时间：2017-04-23 02:14

  本文关键词：考虑控制与角速度受限的航天器姿态非线性滑模控制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：航天器姿态控制,是指航天器执行机构按照控制律的要求输出力矩使航天器调整到期望姿态的过程,是航天器成功执行在轨任务的关键。然而在实际环境中,由于执行机构、测量元件以及任务需求的限制,航天器姿态控制不得不面临多种约束,如控制受限(输入非线性(饱和与死区)和执行机构不确定性(安装偏差和部分失效))和角速度受限,它们会严重影响航天器姿态控制的稳定性和精度。针对这类问题,本文进行了如下研究:在控制器设计前,本文首先介绍了各种约束发生的工程背景,明确了本文的研究目的;然后建立了多种约束条件下的航天器数学模型,为后文控制器的分析与综合奠定了基础。在控制器设计的前一阶段,本文首先研究了控制受限。在这一阶段,本文先后设计了只考虑输入饱和的渐近稳定控制器和有限时间控制器,以及同时考虑输入饱和与执行机构不确定性的自适应控制器;这些控制器能够使航天器姿态控制系统在输入饱和的条件下保持稳定,并且能够有效补偿执行机构不确定性的影响。在控制器设计的后一阶段,本文又进一步研究了角速度受限。在这一阶段,本文先后设计了同时考虑输入饱和与角速度受限以及同时考虑输入非线性和角速度受限的自适应控制器;这些控制器能够使航天器姿态控制系统在输入饱和的条件下保持稳定,能够有效补偿输入死区的影响,能够使航天器的角速度满足一定的约束。另外,本文还对由于使用四元数描述航天器姿态而产生的退绕问题进行了研究,设计并使用了一组新的姿态偏差函数和向量,使本文设计的控制器还具有抗退绕的优点;值得说明的是,本文设计的控制器对外部有界干扰具有较强的鲁棒性,且不受系统参数变化的影响。在上述理论研究的基础上,本文进行了大量的对比仿真分析,验证了本文提出算法的有效性和优越性。
【关键词】：航天器 姿态控制 控制受限 角速度受限 非线性滑模控制
【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】：V448.22
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题的来源及研究的目的和意义8-10
• 1.1.1 课题的来源8
• 1.1.2 课题研究目的及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状与分析10-16
• 1.2.1 输入饱和10-13
• 1.2.2 执行机构安装偏差13
• 1.2.3 执行机构部分失效13-14
• 1.2.4 姿态角速度受限14
• 1.2.5 输入死区14-15
• 1.2.6 姿态抗退绕控制15-16
• 1.3 本文的主要研究内容和写作安排16-17
• 第2章 航天器数学模型及基础知识17-24
• 2.1 引言17
• 2.2 坐标系的定义17-18
• 2.3 航天器数学模型建立18-19
• 2.3.1 姿态镇定模型18
• 2.3.2 姿态跟踪模型18-19
• 2.4 控制问题描述19-23
• 2.4.1 输入饱和19-20
• 2.4.2 反作用飞轮安装偏差20-21
• 2.4.3 执行机构部分失效21
• 2.4.4 姿态角速度受限21
• 2.4.5 输入死区21-22
• 2.4.6 控制目标22-23
• 2.5 基础知识23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 同时考虑输入饱和与执行机构不确定性的航天器姿态控制24-43
• 3.1 引言24-25
• 3.2 只考虑输入饱和的滑模控制律设计25-34
• 3.2.1 传统滑模控制律设计25-26
• 3.2.2 非线性滑模控制律设计26-29
• 3.2.3 非线性终端滑模控制律设计29-31
• 3.2.4 仿真验证31-34
• 3.3 同时考虑输入饱和与执行机构不确定性的自适应控制律设计34-42
• 3.3.1 只考虑输入饱和的控制律设计34-35
• 3.3.2 同时考虑输入饱和与反作用飞轮安装偏差的控制律设计35-36
• 3.3.3 同时考虑输入饱和与执行机构部分失效的控制律设计36-37
• 3.3.4 仿真验证37-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 同时考虑输入非线性与姿态角速度受限的航天器姿态抗退绕控制43-64
• 4.1 引言43-44
• 4.2 同时考虑输入饱和与姿态角速度受限的控制律设计44-52
• 4.2.1 不考虑外部干扰的情况44-46
• 4.2.2 考虑外部干扰的情况46-48
• 4.2.3 仿真验证48-52
• 4.3 进一步考虑输入死区的姿态抗退绕控制律设计52-63
• 4.3.1 进一步考虑输入死区的控制律设计52-56
• 4.3.2 姿态抗退绕控制律设计56-59
• 4.3.3 仿真验证59-63
• 4.4 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果72-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 胡庆雷;姜博严;石忠;;基于新型终端滑模的航天器执行器故障容错姿态控制[J];航空学报;2014年01期

2 李波;胡庆雷;石忠;马广富;;考虑执行器安装偏差时航天器姿态稳定的控制分配[J];宇航学报;2013年01期

  本文关键词：考虑控制与角速度受限的航天器姿态非线性滑模控制，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：321673