隨著經(jīng)濟和科技的進步,航天航空事業(yè)得到了前所未有的發(fā)展,飛行器承擔起越來越多樣且復(fù)雜的任務(wù),這也使得對飛行器控制的要求不斷提高。姿態(tài)跟蹤控制是飛行器控制的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,一直以來都是控制領(lǐng)域的熱點問題之一�，F(xiàn)有的各種控制方法大多都假設(shè)飛行器的角速度是精準可測的,并可直接用于飛行器的姿態(tài)控制器設(shè)計當中。但在實際應(yīng)用中,由于某些原因,例如受到傳感器、成本、能量等的限制,角速度其實是不可測的。針對這一情況,本文給出了角速度觀測器,并在此基礎(chǔ)上進行了姿態(tài)跟蹤控制器設(shè)計。文中給出了研究所需的基礎(chǔ)理論和知識,建立了慣性坐標系和機體坐標系,基于歐拉第二運動定律分別搭建了四元數(shù)和旋轉(zhuǎn)矩陣姿態(tài)表達下通用的飛行器姿態(tài)動態(tài)模型,并以此為對象進行角速度觀測器和姿態(tài)控制器設(shè)計。本文設(shè)計角速度觀測器主要依據(jù)壓縮分析原理,其關(guān)鍵在于找到一個虛擬系統(tǒng),使得飛行器角速度的實際值和觀測值均為該系統(tǒng)的特解,則當虛擬系統(tǒng)壓縮時,根據(jù)壓縮系統(tǒng)的特性可知角速度觀測值將指數(shù)收斂于實際值。本文首先將前人提出的四元數(shù)姿態(tài)表達方式下針對小型衛(wèi)星的壓縮角速度觀測器引入到飛行器姿態(tài)控制中,并在原觀測器的基礎(chǔ)上考慮了外部擾動存在的情況。針對由多個... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號說明
第1章 緒論
    1.1 課題背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 姿態(tài)控制研究現(xiàn)狀
        1.2.2 角速度觀測器研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第2章 基礎(chǔ)理論與數(shù)學(xué)知識
    2.1 引言
    2.2 非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性理論
    2.3 相關(guān)運算性質(zhì)
    2.4 壓縮分析相關(guān)理論
    2.5 姿態(tài)描述相關(guān)定義
    2.6 本章小結(jié)
第3章 飛行器建模
    3.1 引言
    3.2 飛行器姿態(tài)描述
        3.2.1 相關(guān)坐標系
        3.2.2 四元數(shù)姿態(tài)描述
        3.2.3 旋轉(zhuǎn)矩陣姿態(tài)描述
    3.3 飛行器姿態(tài)動態(tài)系統(tǒng)建模
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于四元數(shù)的角速度觀測器設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 設(shè)計思路
    4.3 觀測器設(shè)計與收斂性分析
        4.3.1 無擾動情況下觀測器的簡介
        4.3.2 魯棒觀測器的設(shè)計
    4.4 仿真驗證
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于旋轉(zhuǎn)矩陣的角速度觀測器設(shè)計
    5.1 引言
    5.2 設(shè)計思路
    5.3 觀測器設(shè)計與收斂性分析
        5.3.1 無擾動情況下觀測器的設(shè)計
        5.3.2 魯棒觀測器的設(shè)計
    5.4 仿真驗證
        5.4.1 無擾動情況下觀測器的仿真結(jié)果
        5.4.2 魯棒觀測器的仿真結(jié)果
    5.5 本章小結(jié)
第6章 四元數(shù)姿態(tài)表達下基于壓縮角速度觀測器的姿態(tài)跟蹤控制
    6.1 引言
    6.2 問題描述
    6.3 控制器設(shè)計及穩(wěn)定性分析
        6.3.1 控制目標變換
        6.3.2 無擾動情況下控制器的設(shè)計及穩(wěn)定性分析
        6.3.3 魯棒控制器的設(shè)計及穩(wěn)定性分析
    6.4 仿真驗證
        6.4.1 無擾動情況下控制器的仿真結(jié)果
        6.4.2 魯棒控制器的仿真結(jié)果
    6.5 本章小結(jié)
第7章 旋轉(zhuǎn)矩陣姿態(tài)表達下基于壓縮角速度觀測器的姿態(tài)跟蹤控制
    7.1 引言
    7.2 問題描述
    7.3 控制器設(shè)計及穩(wěn)定性分析
        7.3.1 誤差定義
        7.3.2 無擾動情況下控制器的設(shè)計及穩(wěn)定性分析
        7.3.3 魯棒控制器的設(shè)計及穩(wěn)定性分析
    7.4 仿真驗證
        7.4.1 無擾動情況下控制器的仿真結(jié)果
        7.4.2 魯棒控制器的仿真結(jié)果
    7.5 本章小結(jié)
第8章 基于四旋翼飛行器的姿態(tài)跟蹤控制應(yīng)用初步
    8.1 引言
    8.2 四旋翼飛行器的機理
    8.3 動力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)簡介
    8.4 四旋翼飛行器建模
        8.4.1 姿態(tài)系統(tǒng)建模
        8.4.2 動力系統(tǒng)模型
    8.5 控制器應(yīng)用
        8.5.1 四元數(shù)姿態(tài)表達下的角速度觀測器及姿態(tài)控制器
        8.5.2 旋轉(zhuǎn)矩陣姿態(tài)表達下的角速度觀測器及姿態(tài)控制器
    8.6 本章小結(jié)
第9章 總結(jié)與展望
    9.1 本文工作總結(jié)
    9.2 工作展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3178796