從1957年人類第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射太空以來,現已有近萬顆有效衛(wèi)星在軌運行。一些衛(wèi)星由于燃油耗盡或動力裝置受損,導致其喪失姿態(tài)或軌道機動能力,造成巨大的經濟損失。為延長這些失效衛(wèi)星的在軌使用壽命,移除空間碎片,本文探討了機械臂捕獲失效衛(wèi)星或空間碎片后形成組合體的相關控制問題。針對捕獲后組合體的質心、質量特性以及執(zhí)行器配置矩陣發(fā)生巨大改變這一背景,本文研究了組合體的姿態(tài)控制以及控制分配問題,主要內容包括:首先,建立了不同執(zhí)行器下的組合體姿態(tài)動力學方程。針對推力器驅動的組合體,考慮捕獲后組合體的質心和推力器配置矩陣發(fā)生變化,在組合體體坐標系下建立了組合體姿態(tài)動力學方程。同時,針對反作用飛輪驅動的組合體,考慮捕獲后組合體的質心和反作用飛輪配置矩陣發(fā)生變化,基于動量守恒定律,在組合體體坐標系下建立了組合體姿態(tài)動力學方程。其次,考慮組合體質心以及質量特性已知且忽略外部擾動,研究了組合體姿態(tài)和姿態(tài)速度跟蹤以及控制分配問題�；诒壤⒎址答伒闹苯訁捣椒ㄔO計了控制力矩。由于捕獲前后組合體質心位置改變引起推力器配置矩陣改變,控制力矩需要重新分配。針對配置矩陣完全已知和存在誤差的情形,分別提出了改進的基于...

【文章頁數】：186 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究背景和意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 課題研究背景和意義
    1.2 組合體姿態(tài)控制的研究現狀
        1.2.1 質量特性辨識
        1.2.2 控制方法
        1.2.3 預設控制
    1.3 組合體控制分配的研究現狀
        1.3.1 一般控制分配
        1.3.2 動態(tài)控制分配
        1.3.3 魯棒控制分配
    1.4 本文主要研究內容及安排
第2章 組合體姿態(tài)動力學與運動學描述及預備知識
    2.1 引言
    2.2 參考坐標系及通用定義
    2.3 組合體模型定義
    2.4 質量特性辨識
    2.5 組合體姿態(tài)運動學模型
    2.6 組合體姿態(tài)動力學模型
        2.6.1 推力器驅動的組合體姿態(tài)動力學模型
        2.6.2 反作用飛輪驅動的組合體姿態(tài)動力學模型
    2.7 預備知識
        2.7.1 線性矩陣不等式的相關結論
        2.7.2 最優(yōu)控制的相關結論
    2.8 本章小結
第3章 組合體姿態(tài)跟蹤控制與魯棒結構控制分配
    3.1 引言
    3.2 組合體姿態(tài)跟蹤的直接參數化控制
        3.2.1 問題描述
        3.2.2 控制器設計
    3.3 基于零空間的改進受限控制分配
    3.4 魯棒結構控制分配
    3.5 仿真分析
        3.5.1 直接參數化控制方法的有效性
        3.5.2 基于零空間的改進受限控制分配法的優(yōu)越性
        3.5.3 魯棒結構控制分配方法的有效性
    3.6 本章小結
第4章 考慮慣量不確定的組合體姿態(tài)控制與控制分配
    4.1 引言
    4.2 角速度受限的組合體姿態(tài)跟蹤控制與動態(tài) ∞ 范數受限控制分配
        4.2.1 問題描述
        4.2.2 基于擾動觀測器的受限反步控制律
        4.2.3 動態(tài) ∞ 范數受限控制分配
        4.2.4 仿真分析
    4.3 量測不確定下組合體姿態(tài)控制和魯棒控制分配
        4.3.1 問題描述
        4.3.2 基于擾動觀測器的動態(tài)面控制律
        4.3.3 魯棒控制分配
        4.3.4 仿真分析
    4.4 本章小結
第5章 組合體姿態(tài)預設控制和魯棒動態(tài)控制分配
    5.1 引言
    5.2 問題描述
    5.3 控制系統設計
        5.3.1 帶有預設性能的控制器設計
        5.3.2 穩(wěn)定性分析
    5.4 魯棒動態(tài)控制分配
    5.5 仿真分析
        5.5.1 組合體的去翻滾控制
        5.5.2 組合體大角度機動
    5.6 本章小結
第6章 組合體姿態(tài)容錯預設跟蹤控制
    6.1 引言
    6.2 問題描述
        6.2.1 反作用飛輪驅動的組合體姿態(tài)跟蹤模型
        6.2.2 考慮執(zhí)行器故障和飽和的組合體姿態(tài)跟蹤模型
    6.3 控制系統設計
        6.3.1 非線性擴展狀態(tài)觀測器設計
        6.3.2 容錯控制器設計
        6.3.3 穩(wěn)定性分析
    6.4 仿真分析
        6.4.1 執(zhí)行器正常的情形
        6.4.2 執(zhí)行器故障的情形
    6.5 本章小結
結論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3770996