本文關(guān)鍵詞：帶有撓性部件三軸穩(wěn)定衛(wèi)星魯棒控制器研究

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【摘要】：本論文重點(diǎn)研究了魯棒控制方法在衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中的工程應(yīng)用問題。論文對(duì)研究魯棒控制方法在衛(wèi)星姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)中應(yīng)用的研究意義進(jìn)行了說明,對(duì)目前衛(wèi)星姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)所面臨的現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行了分析,對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的組成、控制原理進(jìn)行了概述,回顧了衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)的主要方法,對(duì)PID控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、LQG等設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了比對(duì)分析。論文對(duì)魯棒穩(wěn)定性、魯棒性能、系統(tǒng)不確定性、結(jié)構(gòu)奇異值、互質(zhì)因子分解、線性分式變換、標(biāo)準(zhǔn)H_∞控制器設(shè)計(jì)方法、混合靈敏度設(shè)計(jì)方法、回路成形設(shè)計(jì)方法和線性矩陣不等式等魯棒控制理論的基本概念和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了較為系統(tǒng)和深入的研究。對(duì)MIMO系統(tǒng)的增益方向、零極點(diǎn)、穩(wěn)定性判據(jù)等概念和方法進(jìn)行了研究。采用混合坐標(biāo)法推導(dǎo)了帶有撓性附件衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)方程,推導(dǎo)了衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程的狀態(tài)空間模型。研究了魯棒控制器設(shè)計(jì)所需的加權(quán)廣義對(duì)象狀態(tài)空間模型建模方法和權(quán)函數(shù)的選擇方法。研究了建立結(jié)構(gòu)奇異值μ分析所需的對(duì)象模型的建模方法。應(yīng)用H_∞魯棒控制方法為某衛(wèi)星設(shè)計(jì)了控制器,并對(duì)所設(shè)計(jì)的控制器的性能進(jìn)行了結(jié)構(gòu)奇異值分析和時(shí)域仿真分析。論文最后在基于MATLAB Xpc target搭建的實(shí)時(shí)半物理仿真系統(tǒng)中對(duì)所設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行了工程實(shí)際驗(yàn)證,結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器性能與數(shù)值仿真結(jié)果接近,所設(shè)計(jì)的控制器滿足衛(wèi)星對(duì)姿控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本文所研究的方法為未來新型衛(wèi)星高精度姿態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種新的途徑。
【關(guān)鍵詞】：魯棒控制 衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué) 撓性附件 結(jié)構(gòu)奇異值分析
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 研究的目的與意義11-12
• 1.2 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)概述12-14
• 1.2.1 衛(wèi)星姿態(tài)確定技術(shù)概況12-13
• 1.2.2 帶撓性附件的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)建模研究概況13
• 1.2.3 衛(wèi)星姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)概況13-14
• 1.3 衛(wèi)星姿態(tài)控制的主要方法和研究情況14-17
• 1.4 魯棒控制方法在衛(wèi)星姿態(tài)控制中的應(yīng)用情況17-18
• 1.5 本論文的主要內(nèi)容和安排18
• 1.6 本章小結(jié)18-20
• 第2章 魯棒控制理論基礎(chǔ)20-52
• 2.1 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)20-24
• 2.1.1 范數(shù)20-21
• 2.1.2 奇異值21
• 2.1.3 奇異值分解21-22
• 2.1.4 線性空間22-24
• 2.2 MIMO系統(tǒng)的控制基礎(chǔ)24-27
• 2.2.1 MIMO的系統(tǒng)的增益24-25
• 2.2.2 MIMO系統(tǒng)的增益方向25-26
• 2.2.3 MIMO系統(tǒng)的零點(diǎn)和極點(diǎn)26-27
• 2.3 傳遞函數(shù)矩陣的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)27-30
• 2.4 系統(tǒng)降階平衡實(shí)現(xiàn)30-31
• 2.5 互質(zhì)因子分解31-32
• 2.6 線性分式變換32-33
• 2.7 系統(tǒng)穩(wěn)定性及其判斷方法33-35
• 2.8 系統(tǒng)的不確定性35-39
• 2.9 結(jié)構(gòu)奇異值分析39-43
• 2.9.1 系統(tǒng)不確定性的分塊對(duì)角表示39-40
• 2.9.2 結(jié)構(gòu)奇異值40-43
• 2.10 標(biāo)準(zhǔn)H_∞控制器設(shè)計(jì)方法43-46
• 2.11 混合靈敏度設(shè)計(jì)方法46-47
• 2.12 回路成形設(shè)計(jì)方法47-50
• 2.13 線性矩陣不等式50-51
• 2.14 本章小結(jié)51-52
• 第3章 衛(wèi)星姿態(tài)描述及動(dòng)力學(xué)方程52-67
• 3.1 常用坐標(biāo)系定義52-53
• 3.1.1 坐標(biāo)系定義52
• 3.1.2 坐標(biāo)系變換52-53
• 3.2 衛(wèi)星姿態(tài)參數(shù)描述53-57
• 3.2.1 方向余弦53-54
• 3.2.2 歐拉角54-55
• 3.2.3 四元數(shù)55-57
• 3.3 四元數(shù)與歐拉角的轉(zhuǎn)換57-58
• 3.3.1 歐拉角到四元數(shù)的轉(zhuǎn)換57
• 3.3.2 四元數(shù)到歐拉角的轉(zhuǎn)換57-58
• 3.4 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程58-60
• 3.4.1 歐拉角運(yùn)動(dòng)學(xué)方程58-60
• 3.4.2 四元數(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程60
• 3.5 帶撓性附件衛(wèi)星的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程60-66
• 3.5.1 彈性體振動(dòng)動(dòng)力學(xué)的模態(tài)分析法61-63
• 3.5.2 具有撓性帆板的衛(wèi)星的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程63-66
• 3.6 本章小結(jié)66-67
• 第4章 帶撓性附件衛(wèi)星姿態(tài)的魯棒控制67-87
• 4.1 衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)的主要干擾力矩67-70
• 4.1.1 重力梯度力矩67-68
• 4.1.2 光壓力矩68
• 4.1.3 地磁力矩68-69
• 4.1.4 氣動(dòng)力矩69-70
• 4.2 衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程的線性化70-72
• 4.3 衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)方程的狀態(tài)空間表示72-75
• 4.4 衛(wèi)星姿態(tài)控制魯棒控制器設(shè)計(jì)75-78
• 4.5 衛(wèi)星姿態(tài)控制廣義對(duì)象的加權(quán)78-83
• 4.5.1 控制對(duì)象狀態(tài)空間模型的加權(quán)78-80
• 4.5.2 控制對(duì)象傳遞函數(shù)矩陣模型的加權(quán)80-83
• 4.6 帶有參數(shù)不確定性的衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程83-86
• 4.7 本章小結(jié)86-87
• 第5章 設(shè)計(jì)算例與仿真分析87-117
• 5.1 衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)參數(shù)87-88
• 5.2 控制對(duì)象模型88-89
• 5.3 控制目標(biāo)和對(duì)控制對(duì)象的加權(quán)函數(shù)89-93
• 5.4 H_∞魯棒控制理論設(shè)計(jì)的控制器93-97
• 5.5 仿真模型97-98
• 5.6 仿真結(jié)果與分析98-111
• 5.6.1 開環(huán)狀態(tài)下的仿真99-101
• 5.6.2 系統(tǒng)閉環(huán)狀態(tài)下的仿真101-104
• 5.6.3 干擾力矩增加至飛輪控制力矩的9倍104-107
• 5.6.4 周期脈沖干擾情況下的閉環(huán)響應(yīng)。107-111
• 5.7 零極點(diǎn)及奇異值分析111-113
• 5.8 系統(tǒng)魯棒性分析113-116
• 5.9 本章小結(jié)116-117
• 第6章 半物理仿真驗(yàn)證117-131
• 6.1 半物理試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)的組成117-118
• 6.2 半物理仿真主要組成部件說明118-126
• 6.2.1 反作用飛輪118-120
• 6.2.2 陀螺及陀螺恒壓源120-121
• 6.2.3 星敏及電星模121-122
• 6.2.4 姿軌控計(jì)算機(jī)仿真機(jī)122-123
• 6.2.5 仿真控制計(jì)算機(jī)123-126
• 6.3 半物理仿真閉環(huán)試驗(yàn)運(yùn)行過程126-127
• 6.4 仿真測試試驗(yàn)結(jié)果127-130
• 6.5 本章小結(jié)130-131
• 總結(jié)與展望131-132
• 參考文獻(xiàn)132-139

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李順利;李立濤;楊旭;;柔性多體衛(wèi)星自抗擾控制系統(tǒng)的研究[J];宇航學(xué)報(bào);2007年04期

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本文編號(hào)：701845