從1957年人類(lèi)第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射太空以來(lái),現(xiàn)已有近萬(wàn)顆有效衛(wèi)星在軌運(yùn)行。一些衛(wèi)星由于燃油耗盡或動(dòng)力裝置受損,導(dǎo)致其喪失姿態(tài)或軌道機(jī)動(dòng)能力,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為延長(zhǎng)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(jī)械臂捕獲失效衛(wèi)星或空間碎片后形成組合體的相關(guān)控制問(wèn)題。針對(duì)捕獲后組合體的質(zhì)心、質(zhì)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(wèn)題,主要內(nèi)容包括:首先,建立了不同執(zhí)行器下的組合體姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程。針對(duì)推力器驅(qū)動(dòng)的組合體,考慮捕獲后組合體的質(zhì)心和推力器配置矩陣發(fā)生變化,在組合體體坐標(biāo)系下建立了組合體姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程。同時(shí),針對(duì)反作用飛輪驅(qū)動(dòng)的組合體,考慮捕獲后組合體的質(zhì)心和反作用飛輪配置矩陣發(fā)生變化,基于動(dòng)量守恒定律,在組合體體坐標(biāo)系下建立了組合體姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程。其次,考慮組合體質(zhì)心以及質(zhì)量特性已知且忽略外部擾動(dòng),研究了組合體姿態(tài)和姿態(tài)速度跟蹤以及控制分配問(wèn)題�；诒壤⒎址答伒闹苯訁�(shù)方法設(shè)計(jì)了控制力矩。由于捕獲前后組合體質(zhì)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(duì)配置矩陣完全已知和存在誤差的情形,分別提出了改進(jìn)的基于...

【文章頁(yè)數(shù)】：186 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來(lái)源及研究背景和意義
        1.1.1 課題來(lái)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(xiàn)狀
        1.2.1 質(zhì)量特性辨識(shí)
        1.2.2 控制方法
        1.2.3 預(yù)設(shè)控制
    1.3 組合體控制分配的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 一般控制分配
        1.3.2 動(dòng)態(tài)控制分配
        1.3.3 魯棒控制分配
    1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容及安排
第2章 組合體姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)描述及預(yù)備知識(shí)
    2.1 引言
    2.2 參考坐標(biāo)系及通用定義
    2.3 組合體模型定義
    2.4 質(zhì)量特性辨識(shí)
    2.5 組合體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
    2.6 組合體姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型
        2.6.1 推力器驅(qū)動(dòng)的組合體姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型
        2.6.2 反作用飛輪驅(qū)動(dòng)的組合體姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型
    2.7 預(yù)備知識(shí)
        2.7.1 線(xiàn)性矩陣不等式的相關(guān)結(jié)論
        2.7.2 最優(yōu)控制的相關(guān)結(jié)論
    2.8 本章小結(jié)
第3章 組合體姿態(tài)跟蹤控制與魯棒結(jié)構(gòu)控制分配
    3.1 引言
    3.2 組合體姿態(tài)跟蹤的直接參數(shù)化控制
        3.2.1 問(wèn)題描述
        3.2.2 控制器設(shè)計(jì)
    3.3 基于零空間的改進(jìn)受限控制分配
    3.4 魯棒結(jié)構(gòu)控制分配
    3.5 仿真分析
        3.5.1 直接參數(shù)化控制方法的有效性
        3.5.2 基于零空間的改進(jìn)受限控制分配法的優(yōu)越性
        3.5.3 魯棒結(jié)構(gòu)控制分配方法的有效性
    3.6 本章小結(jié)
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(dòng)態(tài) ∞ 范數(shù)受限控制分配
        4.2.1 問(wèn)題描述
        4.2.2 基于擾動(dòng)觀測(cè)器的受限反步控制律
        4.2.3 動(dòng)態(tài) ∞ 范數(shù)受限控制分配
        4.2.4 仿真分析
    4.3 量測(cè)不確定下組合體姿態(tài)控制和魯棒控制分配
        4.3.1 問(wèn)題描述
        4.3.2 基于擾動(dòng)觀測(cè)器的動(dòng)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(jié)
第5章 組合體姿態(tài)預(yù)設(shè)控制和魯棒動(dòng)態(tài)控制分配
    5.1 引言
    5.2 問(wèn)題描述
    5.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        5.3.1 帶有預(yù)設(shè)性能的控制器設(shè)計(jì)
        5.3.2 穩(wěn)定性分析
    5.4 魯棒動(dòng)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(jī)動(dòng)
    5.6 本章小結(jié)
第6章 組合體姿態(tài)容錯(cuò)預(yù)設(shè)跟蹤控制
    6.1 引言
    6.2 問(wèn)題描述
        6.2.1 反作用飛輪驅(qū)動(dòng)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(tǒng)設(shè)計(jì)
        6.3.1 非線(xiàn)性擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)
        6.3.2 容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)
        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(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷



本文編號(hào)：3770996