基于模糊控制的卫星姿态控制方法研究

发布时间：2021-06-11 05:18

　　随着航天技术的发展,人们对卫星姿态控制的要求越来越高。为探索用于卫星姿态控制的新方法,本文根据卫星姿态控制的要求和特点,设计了三种控制器:I/O（输入/输出）解耦PID 控制器、Mamdani 型纯模糊控制器和I/O 解耦自适应模糊控制器,并用这三种方法对三轴稳定卫星姿态机动控制进行了仿真研究,对其控制效果进行了分析比较。本论文分别以三轴稳定刚性卫星姿态控制和带太阳帆板的三轴稳定卫星姿态控制为研究对象,建立了控制系统数学模型。传统的PID 控制在卫星姿态控制领域已是应用成熟的工程方法,目前在轨卫星的姿态控制大都采用PID 控制。I/O 解耦PID 控制器设计过程严密,紧扣卫星动力学模型,在小扰动和卫星转动惯量变化较小时能够获得良好的控制效果。但缺点是当转动惯量变化比较大时控制效果变差。利用语言信息和经验设计的Mamdani 型模糊控制器在小扰动情况下和卫星转动惯量变化较大时都能获得良好的控制效果。将I/O 解耦方法和自适应模糊控制相结合设计的I/O 解耦自适应模糊控制器的控制性能与Mamdani 型纯模糊控制器相当,也具有很强的鲁棒性。与Mamdani 型纯模糊控制器相比,I/O 解耦... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
第一章 绪论
    1.1 研究意义及目的
    1.2 卫星姿态控制系统概述
    1.3 卫星姿态控制方法研究现状
    1.4 模糊控制概述
    1.5 主要研究内容
第二章 卫星姿态控制系统数学模型的建立
    2.1 参考坐标系与坐标变换
        2.1.1 参考坐标系定义
        2.1.2 坐标变换
    2.2 卫星姿态动力学建模
        2.2.1 卫星姿态运动学方程
        2.2.2 刚性卫星姿态动力学方程
        2.2.3 挠性卫星姿态动力学方程
    2.3 姿态敏感器和执行机构建模
        2.3.1 执行机构
        2.3.2 姿态敏感器
第三章 I/O 解耦PID 控制器设计及仿真
    3.1 I/O 解耦PID 控制器设计
    3.2 数学仿真与分析
        3.2.1 仿真条件
        3.2.2 仿真数据及分析
        3.2.3 鲁棒性检验
    3.3 关于帆板对控制性能影响的解释
    3.4 考虑挠性的I/O 解耦PID 控制器
        3.4.1 控制器的设计
        3.4.2 仿真结果
    3.5 小结
第四章 纯模糊逻辑控制器设计及仿真
    4.1 模糊逻辑控制系统
    4.2 模糊逻辑控制器设计
        4.2.1 模糊化与清晰化
        4.2.2 变量的划分和隶属函数
        4.2.3 模糊规则库
        4.2.4 模糊推理算法
    4.3 数学仿真与分析
        4.3.1 模糊控制器参量研究
        4.3.2 仿真与分析
        4.3.3 鲁棒性检验
    4.4 小结
第五章 单轴自适应模糊控制器设计及仿真
    5.1 模糊逻辑系统
    5.2 自适应模糊控制器设计
        5.2.1 监督控制
        5.2.2 自适应调节律
    5.3 数学仿真与分析
        5.3.1 仿真条件
        5.3.2 仿真结果及分析
        5.3.3 鲁棒性检验
    5.4 小结
第六章 I/O 解耦自适应模糊控制器设计及仿真
    6.1 控制器设计
        6.1.1 I/O 解耦
        6.1.2 自适应模糊控制律
    6.2 数学仿真与分析
        6.2.1 仿真条件
        6.2.2 仿真结果及分析
        6.2.3 鲁棒性检验
    6.3 小结
第七章 几种控制方法分析比较
    7.1 分析比较
    7.2 结论
第八章 总结与建议
    8.1 研究成果与创新点
    8.2 进一步研究的思考和建议
参考文献
已发表学术论文目录
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最优控制的刚体航天器姿态控制研究[J]. 王梓,戈新生.  北京机械工业学院学报. 2002(03)
[2]抑制卫星太阳帆板振动的H∞鲁棒控制设计[J]. 刘鏐,周伯昭.  计算技术与自动化. 2002(02)
[3]对地观测卫星姿态非线性控制方法[J]. 弓建军,陈义庆.  中国空间科学技术. 2001(01)
[4]帆板转动时卫星姿态的非线性控制[J]. 李英堂,费从宇.  宇航学报. 2001(01)
[5]基于对象特征模型描述的智能控制[J]. 吴宏鑫,解永春,李智斌,何英姿.  自动化学报. 1999(01)
[6]描述函数理论及其在航天中的应用[J]. 耿云海,崔祜涛,杨旭,杨涤.  哈尔滨工业大学学报. 1997(06)



本文编号：3223895