本文關(guān)鍵詞：基于TS模糊理論的微小型航天器群的協(xié)同控制研究

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【摘要】：近年來隨著空間任務復雜性的日益增加,對航天器的多功能性、穩(wěn)定性以及自主智能性等方面的要求也越來越高,為了應對這些需求,科學家們提出了航天器群的概念,與傳統(tǒng)的單個航天器相比,航天器群系統(tǒng)具有靈活性高、魯棒性強、自主能力強、研發(fā)周期短、生產(chǎn)成本低等種種優(yōu)勢,目前航天器群飛行的模式仍處在理論驗證和實驗探索階段,一旦該技術(shù)能夠發(fā)展到一定的成熟度,其必然會成為未來空間應用領(lǐng)域的主流。本文以微小型航天器群系統(tǒng)的協(xié)同控制問題為核心展開,研究了航天器群初始構(gòu)型的設計、基于TS模糊理論的群構(gòu)型保持控制以及航天器群的任務協(xié)同管理,并結(jié)合MATLAB與STK互聯(lián)仿真平臺對相關(guān)的理論研究進行仿真驗證。本文研究的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在(1)結(jié)合軌道動力學理論,分析空間攝動對航天器軌道的影響,設計投影圓軌道構(gòu)型,將攝動對構(gòu)型的影響降到最小;(2)設計TS模糊控制器,將整個非線性系統(tǒng)分解成多個線性的子系統(tǒng),并對局部子系統(tǒng)進行線性漸穩(wěn)定近控制器的設計,實現(xiàn)群構(gòu)型的保持控制;(3)結(jié)合零空間理論,實現(xiàn)了航天器群系統(tǒng)各任務間的協(xié)調(diào)分配。研究結(jié)果表明,通過初期對航天器群初始構(gòu)型的設計,能夠有效地減輕攝動對航天器群構(gòu)型的影響,而與傳統(tǒng)的LQR方法相比,采用TS模糊控制能夠增強系統(tǒng)的魯棒性,并節(jié)省部分燃料,結(jié)合零空間理論,基于行為方式實現(xiàn)各任務間的協(xié)同,保證了航天器間的公平性,從而能夠解決傳統(tǒng)主從模式中單點失效的問題。
【關(guān)鍵詞】：微小型航天器群 構(gòu)型保持 TS模糊 零空間
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 課題研究背景和意義12-14
• 1.2 航天器群關(guān)鍵技術(shù)分析14-15
• 1.3 航天器群國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.4 航天器群協(xié)同控制技術(shù)發(fā)展綜述19-21
• 1.4.1 協(xié)同方法概述19
• 1.4.2 燃料消耗因素分析19-20
• 1.4.3 控制方法概述20-21
• 1.5 課題研究內(nèi)容簡介21-23
• 第二章 航天器相對動力學基礎23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 空間坐標系的定義23-24
• 2.3 基于運動狀態(tài)相對動力學方程24-27
• 2.4 基于軌道根數(shù)的高斯變分方程27-28
• 2.5 能量匹配條件28-30
• 2.6 J_2攝動和大氣阻力對軌道的影響30-32
• 2.7 基于哈密頓理論的軌道描述32-33
• 2.8 本章總結(jié)33-35
• 第三章 微小型航天器群系統(tǒng)初始構(gòu)型設計35-53
• 3.1 引言35
• 3.2 基于CW方程的投影圓軌道（PCO）設計35-38
• 3.3 基于軌道根數(shù)的圓軌道PCO設計38-39
• 3.4 用于消除軌道漂移的初始條件約束39-41
• 3.5 近圓軌道PCO初始條件約束41-42
• 3.6 近圓軌道PCO初始構(gòu)型設計、分析及其改進42-48
• 3.7 基于燃料最省的PCO初始構(gòu)型設計48-52
• 3.8 本章總結(jié)52-53
• 第四章 基于TS模糊的構(gòu)型保持控制53-69
• 4.1 引言53
• 4.2 模糊及TS模糊原理概述53-55
• 4.2.1 模糊理論概述53-54
• 4.2.2 TS模糊原理概述54-55
• 4.3 采用TS模糊的必要性分析55-59
• 4.3.1 基于軌道根數(shù)的航天器相對動力學方程線性化55-57
• 4.3.2 參考航天器軌道受攝動影響分析57-59
• 4.4 TS模糊控制器設計59-63
• 4.4.1 論域設置、工作點選取以及隸屬度函數(shù)設置59-60
• 4.4.2 模糊規(guī)則的確定60
• 4.4.3 局部漸近穩(wěn)定控制器設計60-62
• 4.4.4 全局穩(wěn)定性證明62-63
• 4.5 仿真驗證及分析63-68
• 4.6 本章總結(jié)68-69
• 第五章 基于零空間理論的航天器群任務協(xié)同管理69-79
• 5.1 引言69
• 5.2 零空間理論簡介69-70
• 5.3 基于行為的運動速度指令計算70-74
• 5.3.1 中心整體平移速度指令計算71
• 5.3.2 構(gòu)型保持速度指令計算71-73
• 5.3.3 避障速度指令計算73-74
• 5.3.4 基于NSB的多任務協(xié)同管理74
• 5.4 仿真驗證與分析74-78
• 5.5 本章總結(jié)78-79
• 第六章 總結(jié)與展望79-81
• 參考文獻81-85
• 致謝85-86
• 在校期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文86

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本文編號：1022652