發(fā)布時間：2020-04-10 23:43

【摘要】：航天技術在軍事和民事應用中都有著十分重要的作用,而姿態(tài)控制問題是航天器控制的關鍵問題之一。航天器是一種非線性、強耦合、多輸入多輸出的復雜系統(tǒng),本論文分別基于四元數(shù)和修正羅德里格參數(shù),建立航天器姿態(tài)控制模型,避免歐拉角方法的復雜運算和萬向鎖問題。在此基礎上,針對存在轉動慣量不確定、未知外部擾動、執(zhí)行器故障以及飽和的剛性航天器,提出改進型障礙李雅普諾夫函數(shù),擴展了傳統(tǒng)對數(shù)障礙李雅普諾夫函數(shù)的應用范圍,并結合滑模和反步技術設計姿態(tài)約束控制器,保證剛性航天器姿態(tài)的高精度控制和瞬態(tài)性能。本文的主要研究內容概括如下:1.針對存在轉動慣量不確定和外部干擾的剛性航天器姿態(tài)跟蹤問題,提出一種基于快速冪次趨近律和干擾觀測器的滑模控制方法。針對導數(shù)有界的總體干擾,設計干擾觀測器進行估計。結合快速冪次趨近律和干擾估計設計滑�？刂破�,保證航天器姿態(tài)和角速度跟蹤誤差的收斂。通過李雅普諾夫穩(wěn)定性分析證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.針對存在不確定性、執(zhí)行器故障和飽和的剛性航天器,提出一種基于障礙李雅普諾夫函數(shù)的反步控制方法。提出改進型障礙李雅普諾夫函數(shù),擴展了傳統(tǒng)對數(shù)障礙李雅普諾夫函數(shù)的應用范圍。并在此基礎上設計反步控制器的虛擬控制律和控制律,保證航天器系統(tǒng)的跟蹤性能和約束要求。同時設計微分跟蹤器避免對虛擬控制律求導,并設計自適應更新律估計不確定性的界,因此不需要任何有關故障和飽和的先驗知識。3.針對存在執(zhí)行器飽和且無角速度測量的剛性航天器,提出一種全狀態(tài)約束輸出反饋控制方法�；谛拚_德里格斯參數(shù)構建系統(tǒng)模型,提出非對稱改進型障礙李雅普諾夫函數(shù)。構造二階輔助系統(tǒng),將控制輸入和飽和輸入差值作為輔助系統(tǒng)的輸入,輔助系統(tǒng)的輸出用以補償飽和的影響。設計狀態(tài)觀測器估計未知狀態(tài)量,并結合反步法設計輸出反饋控制律,保證系統(tǒng)全狀態(tài)約束性能和姿態(tài)跟蹤精度。通過李雅普諾夫穩(wěn)定性分析證明狀態(tài)觀測誤差和跟蹤誤差能夠達到一致最終有界。4.針對存在轉動慣量不確定、未知外部擾動、執(zhí)行器故障和飽和的剛性航天器的姿態(tài)鎮(zhèn)定問題,提出一種自適應有限時間容錯控制方法。在反步控制設計過程中采用一階命令濾波器估計虛擬控制律的導數(shù),避免了對虛擬控制律求導引起的奇異值問題。設計模糊系統(tǒng)估計系統(tǒng)不確定性。此外,通過誤差變換使得控制器中包含預設性能邊界,進而保證系統(tǒng)輸出符合約束性能。設計的模糊自適應有限時間反步控制器可以實現(xiàn)航天器姿態(tài)的有限時間鎮(zhèn)定。5.數(shù)值仿真驗證了論文所提控制方案的有效性和優(yōu)越性。最后,對本論文的主要研究成果進行了歸納總結,并展望了未來的工作。
【圖文】：

圖1-1日本“月亮女神”月球探測器(左)和美國“好奇號”火星探測器(右)

歐洲“羅塞塔”彗星探測器(左)和中國“神州11號”與“天宮二號”對接(右)
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V448.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

1 鄭重;宋申民;;基于旋轉矩陣描述的航天器無角速度測量姿態(tài)跟蹤無源控制[J];控制與決策;2014年09期

2 包為民;;航天飛行器控制技術研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];自動化學報;2013年06期

3 王翔宇;丁世宏;李世華;;基于反步法的撓性航天器姿態(tài)鎮(zhèn)定[J];航空學報;2011年08期

4 陳萱;李云;;世界航天科技發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J];中國航天;2009年11期

5 靳爾東;孫兆偉;;撓性航天器的非線性PID和PI姿態(tài)控制器設計[J];控制理論與應用;2009年05期

6 韓京清;從PID技術到“自抗擾控制”技術[J];控制工程;2002年03期

7 解永春,牟小剛,吳宏鑫,李季蘇;撓性航天器大角度機動的全系數(shù)自適應控制[J];宇航學報;1999年02期

，

本文編號：2622856