本文關(guān)鍵詞：基于模糊理論的航天器編隊(duì)協(xié)同控制研究

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【摘要】：微小衛(wèi)星編隊(duì)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(diǎn),近年來已廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)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(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)面臨著新的考驗(yàn),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(diǎn)分析了主從協(xié)同控制模式下的編隊(duì)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(jìn)的智能模糊理論,設(shè)計(jì)了衛(wèi)星編隊(duì)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(biāo)系及兩坐標(biāo)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(xué)方法,并重點(diǎn)介紹了四元數(shù)描述法,建立了研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型與剛體衛(wèi)星的姿態(tài)模型,給出了衛(wèi)星相對(duì)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程及動(dòng)力學(xué)方程,為展開后文的深入研究進(jìn)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(shí)并給出了模糊控制器設(shè)計(jì)原則。假設(shè)外界環(huán)境為理想狀態(tài),當(dāng)編隊(duì)衛(wèi)星的絕對(duì)期望姿態(tài)為某一常值時(shí),設(shè)計(jì)了經(jīng)典的PD衛(wèi)星姿態(tài)控制器。但由于實(shí)時(shí)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(jì)了編隊(duì)衛(wèi)星姿態(tài)協(xié)同控制器,并與經(jīng)典PD控制器進(jìn)行了仿真對(duì)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(jì)依賴專家經(jīng)驗(yàn)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(duì)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(shí),自身質(zhì)量會(huì)發(fā)生變化且會(huì)受到多種來自外部環(huán)境的干擾,對(duì)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(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)性能。
【關(guān)鍵詞】：微小衛(wèi)星編隊(duì) 衛(wèi)星姿態(tài) 模糊理論 主從模式 協(xié)同控制
【學(xué)位授予單位】：沈陽航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 主要符號(hào)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(duì)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(xué)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(xué)描述24-34
• 2.1 坐標(biāo)系定義及轉(zhuǎn)換24-25
• 2.1.1 坐標(biāo)系定義24-25
• 2.1.2 坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換25
• 2.2 航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)25-34
• 2.2.1 衛(wèi)星姿態(tài)的數(shù)學(xué)描述26-31
• 2.2.2 衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程31
• 2.2.3 衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程31-32
• 2.2.4 衛(wèi)星相對(duì)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)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(jì)41-42
• 第4章 編隊(duì)衛(wèi)星模糊姿態(tài)協(xié)同控制器設(shè)計(jì)42-54
• 4.1 PD控制器的設(shè)計(jì)42-44
• 4.2 編隊(duì)衛(wèi)星模糊姿態(tài)協(xié)同控制器的設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)55-58
• 5.2.1 滑�？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性55-56
• 5.2.2 滑模控制系統(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(jì)59-61
• 5.3.3 自適應(yīng)模糊控制器的設(shè)計(jì)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(xiàn)71-74
• 致謝74-75
• 攻讀碩士期間發(fā)表（含錄用）的學(xué)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(fèi)春國;模糊自適應(yīng)PID控制及控件實(shí)現(xiàn)[J];儀器儀表學(xué)報(bào);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(jī)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(jì)[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(yàn)機(jī)中的應(yīng)用[J];機(jī)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(jì)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(jì)及應(yīng)用研究[J];制造業(yè)自動(dòng)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(jī)組并聯(lián)電站中的應(yīng)用研究[J];上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào);2012年01期

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

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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(dòng)化信息網(wǎng)2009年會(huì)論文集[C];2009年

2 白瑞祥;陳曉艷;費(fèi)春國;;模糊自適應(yīng)PID控制及控件實(shí)現(xiàn)[A];首屆信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)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(jì)[A];2008中國儀器儀表與測控技術(shù)進(jìn)展大會(huì)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(xué)術(shù)論文集（第四卷）[C];2002年

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

6 黃銀萍;唐志勇;;工程機(jī)械電液比例閥控制系統(tǒng)模糊PID控制器研究[A];中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)流體傳動(dòng)與控制分會(huì)第六屆全國流體傳動(dòng)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

7 盧京潮;張家明;蔡華;;飛機(jī)橫側(cè)向通道模糊自適應(yīng)調(diào)參控制律設(shè)計(jì)[A];2007年中國智能自動(dòng)化會(huì)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(huì)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(dòng)控制中的研究[A];自動(dòng)化技術(shù)與冶金流程節(jié)能減排——全國冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)2008年會(huì)論文集[C];2008年

10 楊學(xué)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(shí)現(xiàn)[A];全國冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)2013年會(huì)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(xué);1999年

2 趙國亮;欠驅(qū)動(dòng)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(xué);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(xué);2006年

4 郝萬君;模糊建模與控制及其在電廠熱工自動(dòng)控制中的應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);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(xué);2008年

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

7 王志勇;基于模糊混沌的板形識(shí)別與控制技術(shù)的研究[D];燕山大學(xué);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(xué);2014年

9 吳學(xué)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(xué);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(xué);2006年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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

2 黃西密;無人艇建模及操縱運(yùn)動(dòng)仿真的研究[D];大連海事大學(xué);2015年

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

8 邊志堅(jiān);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(xué);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(xué);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(xué);2015年

本文編號(hào)：1065564