本文關(guān)鍵詞：基于模糊理論的航天器編隊協(xié)同控制研究

  更多相關(guān)文章： 微小衛(wèi)星編隊 衛(wèi)星姿態(tài) 模糊理論 主從模式 協(xié)同控制

【摘要】：微小衛(wèi)星編隊技術(shù)具有研制周期短、成本低、可批量生產(chǎn)及發(fā)射等優(yōu)點,近年來已廣泛應(yīng)用于各項航天任務(wù),以滿足不同任務(wù)需求。隨著空間任務(wù)的復(fù)雜化,編隊衛(wèi)星系統(tǒng)面臨著新的考驗,提出了更高的控制要求。本文以微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)為研究背景,重點分析了主從協(xié)同控制模式下的編隊任務(wù)中各衛(wèi)星的姿態(tài)智能控制問題。在經(jīng)典的控制理論及方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合先進的智能模糊理論,設(shè)計了衛(wèi)星編隊姿態(tài)協(xié)同模糊控制器。本文首先介紹了幾種常用的坐標系及兩坐標系之間相互轉(zhuǎn)換的方法以及幾種常用的用于描述衛(wèi)星姿態(tài)的數(shù)學方法,并重點介紹了四元數(shù)描述法,建立了研究對象的數(shù)學模型與剛體衛(wèi)星的姿態(tài)模型,給出了衛(wèi)星相對姿態(tài)運動學方程及動力學方程,為展開后文的深入研究進行了理論鋪墊。鑒于經(jīng)典的控制技術(shù)具有一定的局限性,本文結(jié)合更為優(yōu)化的智能控制技術(shù)——模糊控制,介紹了模糊理論的基礎(chǔ)知識并給出了模糊控制器設(shè)計原則。假設(shè)外界環(huán)境為理想狀態(tài),當編隊衛(wèi)星的絕對期望姿態(tài)為某一常值時,設(shè)計了經(jīng)典的PD衛(wèi)星姿態(tài)控制器。但由于實時調(diào)節(jié)PD參數(shù)較為不便,在此基礎(chǔ)上結(jié)合Mamdani模糊推理法設(shè)計了編隊衛(wèi)星姿態(tài)協(xié)同控制器,并與經(jīng)典PD控制器進行了仿真對比。通過仿真結(jié)果可以觀察到,模糊控制器在控制性能上較經(jīng)典PD控制器略占優(yōu)勢,但由于模糊控制器的設(shè)計依賴專家經(jīng)驗積累,控制效果取決于隸屬函數(shù)的劃分,因此優(yōu)勢并不明顯。在多數(shù)情況下,主從模式下的衛(wèi)星編隊的期望姿態(tài)并非常值,這是由于衛(wèi)星在執(zhí)行空間任務(wù)時,自身質(zhì)量會發(fā)生變化且會受到多種來自外部環(huán)境的干擾,對衛(wèi)星的姿態(tài)控制效果產(chǎn)生一定的影響。為了抑制模型的不確定性和外界干擾等因素,引入魯棒性較好的模糊滑模與模糊控制器相結(jié)合,進一步優(yōu)化系統(tǒng)性能。
【關(guān)鍵詞】：微小衛(wèi)星編隊 衛(wèi)星姿態(tài) 模糊理論 主從模式 協(xié)同控制
【學位授予單位】：沈陽航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 主要符號表11-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 研究的背景及目的12-13
• 1.2 航天器姿態(tài)控制方法的發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.3 協(xié)同控制技術(shù)發(fā)展概況15-20
• 1.4 航天器編隊飛行任務(wù)發(fā)展綜述20-22
• 1.4.1 地球勘測任務(wù)20-21
• 1.4.2 深空探測任務(wù)21
• 1.4.3 科學演示任務(wù)21-22
• 1.4.4 軍事應(yīng)用22
• 1.5 本文的主要內(nèi)容22-24
• 第2章 航天器姿態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學描述24-34
• 2.1 坐標系定義及轉(zhuǎn)換24-25
• 2.1.1 坐標系定義24-25
• 2.1.2 坐標系之間的轉(zhuǎn)換25
• 2.2 航天器姿態(tài)運動學及動力學25-34
• 2.2.1 衛(wèi)星姿態(tài)的數(shù)學描述26-31
• 2.2.2 衛(wèi)星姿態(tài)運動學方程31
• 2.2.3 衛(wèi)星姿態(tài)動力學方程31-32
• 2.2.4 衛(wèi)星相對姿態(tài)運動學和動力學方程32-34
• 第3章 模糊理論基礎(chǔ)及控制原理34-42
• 3.1 模糊理論基礎(chǔ)34-37
• 3.1.1 模糊集合的概念及隸屬函數(shù)34-35
• 3.1.2 模糊邏輯與模糊推理35-37
• 3.2 模糊控制原理37-42
• 3.2.1 模糊控制基本思想37-38
• 3.2.2 量化因子和比例因子38-39
• 3.2.3 模糊化與去模糊化39-41
• 3.2.4 模糊控制規(guī)則設(shè)計41-42
• 第4章 編隊衛(wèi)星模糊姿態(tài)協(xié)同控制器設(shè)計42-54
• 4.1 PD控制器的設(shè)計42-44
• 4.2 編隊衛(wèi)星模糊姿態(tài)協(xié)同控制器的設(shè)計與仿真44-47
• 4.2.1 模糊化和去模糊化45
• 4.2.2 隸屬函數(shù)的選取45-46
• 4.2.3 模糊控制規(guī)則46-47
• 4.3 數(shù)值仿真與結(jié)果分析47-53
• 4.4 小結(jié)53-54
• 第5章 模糊滑模編隊姿態(tài)協(xié)同控制54-69
• 5.1 滑�？刂频幕驹�54-55
• 5.2 滑�？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計55-58
• 5.2.1 滑模控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性55-56
• 5.2.2 滑�？刂葡到y(tǒng)的控制律56-58
• 5.3 自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)58-62
• 5.3.1 自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)58-59
• 5.3.2 自適應(yīng)律的設(shè)計59-61
• 5.3.3 自適應(yīng)模糊控制器的設(shè)計61-62
• 5.4 數(shù)值仿真與結(jié)果分析62-68
• 5.5 小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻71-74
• 致謝74-75
• 攻讀碩士期間發(fā)表（含錄用）的學術(shù)論文75

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1 歐陽名三,余世杰,鄭詩程,蘇建徽;戶用光伏電源模糊自適應(yīng)PID控制的研究[J];電力電子技術(shù);2003年02期

2 白瑞祥,陳曉艷,費春國;模糊自適應(yīng)PID控制及控件實現(xiàn)[J];儀器儀表學報;2003年S2期

3 陳曉沖,王萬平;常規(guī)PID控制和模糊自適應(yīng)PID控制仿真研究[J];機床與液壓;2004年12期

4 董紅生;模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計[J];儀器儀表用戶;2005年03期

5 蔣紅武;麥云飛;;模糊自適應(yīng)PID控制在電液伺服萬能試驗機中的應(yīng)用[J];機械制造;2007年10期

6 殷云華;樊水康;陳閩鄂;;自適應(yīng)模糊PID控制器的設(shè)計和仿真[J];火力與指揮控制;2008年07期

7 易杰;;模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計及應(yīng)用研究[J];制造業(yè)自動化;2009年09期

8 任毅;朱笑聰;趙克;孫力;;模糊自適應(yīng)PID控制方法分析及仿真研究[J];伺服控制;2011年01期

9 張安明;;模糊自適應(yīng)PID在船舶汽柴機組并聯(lián)電站中的應(yīng)用研究[J];上海船舶運輸科學研究所學報;2012年01期

10 郭磊;陳文會;劉小民;;模糊自適應(yīng)PID在汽車底盤測功機中的仿真研究[J];電子設(shè)計工程;2013年07期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王曉楓;;模糊自適應(yīng)PID電液位置伺服系統(tǒng)研究[A];全國冶金自動化信息網(wǎng)2009年會論文集[C];2009年

2 白瑞祥;陳曉艷;費春國;;模糊自適應(yīng)PID控制及控件實現(xiàn)[A];首屆信息獲取與處理學術(shù)會議論文集[C];2003年

3 王貴成;汪勇;張占勝;常靜;徐心和;;自適應(yīng)模糊PID控制器的設(shè)計[A];2008中國儀器儀表與測控技術(shù)進展大會論文集（Ⅰ）[C];2008年

4 張勝利;安連祥;;一種模糊自適應(yīng)PID控制器的仿真研究[A];'2002系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學術(shù)論文集（第四卷）[C];2002年

5 鄭時;鄭文;金霞;;基于模糊自適應(yīng)神經(jīng)推理的區(qū)域經(jīng)濟瓶頸診斷系統(tǒng)[A];2007'儀表，，自動化及先進集成技術(shù)大會論文集（二）[C];2007年

6 黃銀萍;唐志勇;;工程機械電液比例閥控制系統(tǒng)模糊PID控制器研究[A];中國機械工程學會流體傳動與控制分會第六屆全國流體傳動與控制學術(shù)會議論文集[C];2010年

7 盧京潮;張家明;蔡華;;飛機橫側(cè)向通道模糊自適應(yīng)調(diào)參控制律設(shè)計[A];2007年中國智能自動化會議論文集[C];2007年

8 胥良;郭松林;孫桂蘭;李忠勤;;基于預(yù)測模型的模糊自適應(yīng)PID控制器在有源電力濾波器中的應(yīng)用[A];第十屆中國科協(xié)年會論文集（二）[C];2008年

9 郭榮祥;沙峰;趙金鳳;;模糊自適應(yīng)PID控制在換熱站自動控制中的研究[A];自動化技術(shù)與冶金流程節(jié)能減排——全國冶金自動化信息網(wǎng)2008年會論文集[C];2008年

10 楊學友;穆慧靈;陳坤紅;張屹;施婕;李鋒凱;;模糊PID算法控件的簡化實現(xiàn)[A];全國冶金自動化信息網(wǎng)2013年會論文集[C];2013年

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1 杜文吉;模糊控制系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵問題研究[D];西安電子科技大學;1999年

2 趙國亮;欠驅(qū)動非線性系統(tǒng)的張量積模糊自適應(yīng)控制[D];大連理工大學;2015年

3 繆志農(nóng);基于狀態(tài)空間方法的自適應(yīng)模糊控制研究[D];西南交通大學;2006年

4 郝萬君;模糊建模與控制及其在電廠熱工自動控制中的應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

5 方煒;空天飛行器再入飛行的模糊自適應(yīng)預(yù)測控制[D];南京航空航天大學;2008年

6 張松濤;模糊多模型船舶運動控制系統(tǒng)的研究[D];大連海事大學;2006年

7 王志勇;基于模糊混沌的板形識別與控制技術(shù)的研究[D];燕山大學;2006年

8 韓京元;非線性板球系統(tǒng)的監(jiān)督分層智能自適應(yīng)控制算法研究[D];吉林大學;2014年

9 吳學禮;兩類非線性過程的智能控制方法及其應(yīng)用研究[D];華中科技大學;2005年

10 楊光友;混合粒子群優(yōu)化及其在嵌入式智能控制中的應(yīng)用[D];武漢理工大學;2006年

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1 張恒;基于模糊PID的電熱前床控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[D];昆明理工大學;2015年

2 黃西密;無人艇建模及操縱運動仿真的研究[D];大連海事大學;2015年

3 司亞楠;罐裝SO_2用于制糖澄清工段的硫熏強度模糊PID控制系統(tǒng)研究[D];廣西大學;2015年

4 張若谷;蒸汽鍋爐燃燒系統(tǒng)不同工況特性分析及控制方案研究設(shè)計[D];廣西大學;2014年

5 陳優(yōu);基于模糊-PID的ATO系統(tǒng)速度控制算法的研究[D];湘潭大學;2015年

6 王士力;基于節(jié)能控制系統(tǒng)的模糊自適應(yīng)PID研究[D];齊齊哈爾大學;2015年

7 沈建新;基于模糊自適應(yīng)PID的水處理PH值控制系統(tǒng)設(shè)計[D];吉林大學;2015年

8 邊志堅;模糊PID在鑄錠爐溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];河北科技大學;2015年

9 林琳;中央空調(diào)蒸發(fā)器建模與控制研究[D];沈陽工業(yè)大學;2016年

10 徐寧;維生素C生產(chǎn)過程中濃縮工段溫度控制研究[D];河北科技大學;2015年

本文編號：1065564