發(fā)布時(shí)間：2020-05-21 19:04

【摘要】：伴隨航天事業(yè)的發(fā)展,航天任務(wù)、航天器結(jié)構(gòu)與功能也日漸復(fù)雜,使得航天器的載荷附件種類(lèi)日益豐富、自動(dòng)化程度隨之提高,攜帶諸如空間撓性機(jī)械臂、大型天線、太陽(yáng)帆板等大型撓性附件的在軌航天器越來(lái)越多,其系統(tǒng)的復(fù)雜程度也越來(lái)越高。在復(fù)雜的空間環(huán)境中,這種復(fù)雜航天器系統(tǒng)的傳感器、執(zhí)行器等出現(xiàn)故障的概率也越來(lái)越大,一旦在軌階段發(fā)生故障,無(wú)論是采用在軌維修技術(shù)還是放棄航天器的部分功能都要付出高昂的代價(jià),而采用容錯(cuò)控制則可以在很大程度上解決這個(gè)問(wèn)題。本文以撓性航天器作為研究對(duì)象,綜合考慮航天器的撓性干擾以及常見(jiàn)故障,基于自適應(yīng)滑模控制理論研究撓性航天器的容錯(cuò)控制問(wèn)題,主要研究?jī)?nèi)容如下:首先考慮用姿態(tài)四元數(shù)描述航天器的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,直接給出基于假設(shè)模態(tài)法的撓性航天器的動(dòng)力學(xué)方程,并對(duì)撓性模態(tài)及干擾進(jìn)行初步的分析,同時(shí)對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障類(lèi)型及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析說(shuō)明,并且引入相關(guān)滑�？刂评碚摰幕局R(shí)。其次考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生乘性故障的容錯(cuò)控制問(wèn)題,先考慮對(duì)故障元素直接進(jìn)行自適應(yīng)估計(jì),利用對(duì)其求逆基于一般線性滑模面進(jìn)行容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)。進(jìn)一步考慮控制輸入受限,采用自適應(yīng)滑模面來(lái)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足輸入飽和要求的控制器,并結(jié)合求逆的補(bǔ)償策略完成了自適應(yīng)滑模控制器的設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)對(duì)乘性故障的容錯(cuò)控制。然后考慮對(duì)未知故障元素進(jìn)行間接估計(jì)情況,采用二階滑模面保證控制器的輸出平滑,通過(guò)對(duì)故障元素進(jìn)行分離與撓性干擾進(jìn)行綜合估計(jì),結(jié)合控制系統(tǒng)模型和Lyapunov穩(wěn)定性理論完成對(duì)自適應(yīng)滑模容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì),并實(shí)現(xiàn)了有限時(shí)間的容錯(cuò)控制。最后利用勢(shì)函數(shù)的特性重新設(shè)計(jì)一種全新的不依賴(lài)于模型和Lyapunov穩(wěn)定性原理的自適應(yīng)更新律,將其用于滑�？刂破鞯脑鲆嫦禂�(shù)的自適應(yīng)更新�；诖嗽O(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)滑模控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)撓性航天器執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障的容錯(cuò)控制,減少執(zhí)行器故障對(duì)姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制的影響,并充分使控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)的滑�？刂破鞴逃械亩墩駵p弱,并且對(duì)外部不確定干擾具有良好的魯棒性。
【圖文】：

圖 1-1 JCSat-1B 衛(wèi)星技術(shù)日趨成熟的現(xiàn)在，航天器需要承擔(dān)更多多元化的空間器各式部件的增多，這就導(dǎo)致航天器撓性的增大，這進(jìn)一步。比如國(guó)際空間站就安裝十對(duì)多的太陽(yáng)能帆板，又或是 2五院研制高分三號(hào) SAR 衛(wèi)星，如圖 1-2 所示，除了展開(kāi)的了用于完成 SAR 任務(wù)星載天線，這對(duì)高分辨率成像質(zhì)量提對(duì)航天器的控制問(wèn)題不再局限于剛體，撓性航天器逐漸成為

圖 1-1 JCSat-1B 衛(wèi)星在航天技術(shù)日趨成熟的現(xiàn)在，，航天器需要承擔(dān)更多多元化的空間任務(wù)，這勢(shì)必將導(dǎo)致航天器各式部件的增多，這就導(dǎo)致航天器撓性的增大，這進(jìn)一步影響航天器的控制問(wèn)題。比如國(guó)際空間站就安裝十對(duì)多的太陽(yáng)能帆板，又或是 2016 年中國(guó)航天科技集團(tuán)五院研制高分三號(hào) SAR 衛(wèi)星，如圖 1-2 所示，除了展開(kāi)的雙太陽(yáng)能帆板外還攜帶了用于完成 SAR 任務(wù)星載天線，這對(duì)高分辨率成像質(zhì)量提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此對(duì)航天器的控制問(wèn)題不再局限于剛體，撓性航天器逐漸成為研究的主要對(duì)象。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V448.2

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