本文關鍵詞：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)中的工程應用問題。論文對研究魯棒控制方法在衛(wèi)星姿態(tài)控制器設計中應用的研究意義進行了說明,對目前衛(wèi)星姿態(tài)控制器設計所面臨的現(xiàn)實問題進行了分析,對衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的組成、控制原理進行了概述,回顧了衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)控制器設計的主要方法,對PID控制、自適應控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、LQG等設計方法進行了比對分析。論文對魯棒穩(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、標準H_∞控制器設計方法、混合靈敏度設計方法、回路成形設計方法和線性矩陣不等式等魯棒控制理論的基本概念和設計方法進行了較為系統(tǒng)和深入的研究。對MIMO系統(tǒng)的增益方向、零極點、穩(wěn)定性判據(jù)等概念和方法進行了研究。采用混合坐標法推導了帶有撓性附件衛(wèi)星的動力學方程,推導了衛(wèi)星姿態(tài)動力學方程的狀態(tài)空間模型。研究了魯棒控制器設計所需的加權(quán)廣義對象狀態(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分析所需的對象模型的建模方法。應用H_∞魯棒控制方法為某衛(wèi)星設計了控制器,并對所設計的控制器的性能進行了結(jié)構(gòu)奇異值分析和時域仿真分析。論文最后在基于MATLAB Xpc target搭建的實時半物理仿真系統(tǒng)中對所設計的控制器進行了工程實際驗證,結(jié)果表明所設計的控制器性能與數(shù)值仿真結(jié)果接近,所設計的控制器滿足衛(wèi)星對姿控系統(tǒng)的設計要求。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)的設計提供了一種新的途徑。
【關鍵詞】：魯棒控制 衛(wèi)星姿態(tài)動力學 撓性附件 結(jié)構(gòu)奇異值分析
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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)確定技術概況12-13
• 1.2.2 帶撓性附件的姿態(tài)動力學建模研究概況13
• 1.2.3 衛(wèi)星姿態(tài)控制執(zhí)行機構(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20-52
• 2.1 數(shù)學基礎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)的零點和極點26-27
• 2.3 傳遞函數(shù)矩陣的狀態(tài)空間實現(xiàn)27-30
• 2.4 系統(tǒng)降階平衡實現(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)不確定性的分塊對角表示39-40
• 2.9.2 結(jié)構(gòu)奇異值40-43
• 2.10 標準H_∞控制器設計方法43-46
• 2.11 混合靈敏度設計方法46-47
• 2.12 回路成形設計方法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)描述及動力學方程52-67
• 3.1 常用坐標系定義52-53
• 3.1.1 坐標系定義52
• 3.1.2 坐標系變換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)運動學方程58-60
• 3.4.1 歐拉角運動學方程58-60
• 3.4.2 四元數(shù)運動學方程60
• 3.5 帶撓性附件衛(wèi)星的姿態(tài)動力學方程60-66
• 3.5.1 彈性體振動動力學的模態(tài)分析法61-63
• 3.5.2 具有撓性帆板的衛(wèi)星的姿態(tài)動力學方程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)星在軌運行時的主要干擾力矩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 氣動力矩69-70
• 4.2 衛(wèi)星姿態(tài)動力學方程的線性化70-72
• 4.3 衛(wèi)星動力學方程的狀態(tài)空間表示72-75
• 4.4 衛(wèi)星姿態(tài)控制魯棒控制器設計75-78
• 4.5 衛(wèi)星姿態(tài)控制廣義對象的加權(quán)78-83
• 4.5.1 控制對象狀態(tài)空間模型的加權(quán)78-80
• 4.5.2 控制對象傳遞函數(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)動力學方程83-86
• 4.7 本章小結(jié)86-87
• 第5章 設計算例與仿真分析87-117
• 5.1 衛(wèi)星動力學參數(shù)87-88
• 5.2 控制對象模型88-89
• 5.3 控制目標和對控制對象的加權(quán)函數(shù)89-93
• 5.4 H_∞魯棒控制理論設計的控制器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。107-111
• 5.7 零極點及奇異值分析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 半物理仿真驗證117-131
• 6.1 半物理試驗驗證平臺的組成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 姿軌控計算機仿真機122-123
• 6.2.5 仿真控制計算機123-126
• 6.3 半物理仿真閉環(huán)試驗運行過程126-127
• 6.4 仿真測試試驗結(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132-139

【參考文獻】

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];宇航學報;2007年04期

，

本文編號：701845