本文關(guān)鍵詞：航天器相對運動姿軌耦合跟蹤控制

  更多相關(guān)文章： 耦合動力學(xué)模型 對偶四元數(shù) 類PD控制 模糊控制 自抗擾控制 魯棒控制

【摘要】：隨著航天任務(wù)的多樣化和復(fù)雜化,自主在軌服務(wù)技術(shù)應(yīng)運而生,而對目標(biāo)航天器實現(xiàn)自主交會對接是進(jìn)行近距離服務(wù)操作的基礎(chǔ)。本文針對與失控自由翻滾目標(biāo)交會對接過程中的姿軌耦合控制問題,研究了相對運動的姿軌一體化建模方法,并設(shè)計了相應(yīng)的姿軌耦合控制算法。論文的主要內(nèi)容如下:介紹了對偶四元數(shù)的概念,建立了利用對偶四元數(shù)描述的單航天器六自由度動力學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了兩航天器相對運動的姿軌耦合動力學(xué)模型,并分析了耦合項的來源。設(shè)計了一種類PD控制器,利用Lyapunov方法和Babalat引理證明了系統(tǒng)的全局漸進(jìn)穩(wěn)定性。與基于對數(shù)反饋的PD控制做了仿真對比,發(fā)現(xiàn)本文提出的方法動態(tài)性能更好并且節(jié)省能量。利用模糊控制對類PD控制的位置部分做了改進(jìn),進(jìn)一步改善了動態(tài)性能并減少能量消耗。在航天器質(zhì)量特性有偏差及外擾增大的情況下驗證了控制器的魯棒性。針對對偶四元數(shù)乘法進(jìn)行了改造,設(shè)計了串級自抗擾控制器。通過設(shè)計虛擬控制量和誤差反饋控制律,并利用跟蹤微分器安排過渡過程,控制器實現(xiàn)了在小擾動時良好的跟蹤控制。設(shè)計了擴(kuò)張狀態(tài)觀測器實現(xiàn)對內(nèi)外擾動的估測,并進(jìn)行補償,仿真驗證了控制器的魯棒性。為了減少控制器可調(diào)參數(shù)以提高實用性,基于輸入-狀態(tài)穩(wěn)定(ISS)理論設(shè)計了一種魯棒控制律,在無擾動時閉環(huán)系統(tǒng)滿足指數(shù)穩(wěn)定,有界擾動存在時系統(tǒng)滿足局部輸入-狀態(tài)穩(wěn)定,仿真結(jié)果表明在擾動增大時系統(tǒng)仍具有很平滑的過渡過程和較高的精度,控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性。
【關(guān)鍵詞】：耦合動力學(xué)模型 對偶四元數(shù) 類PD控制 模糊控制 自抗擾控制 魯棒控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題背景及研究目的和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-15
• 1.2.1 自主在軌服務(wù)技術(shù)研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 航天器姿軌耦合動力學(xué)建模研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.3 航天器姿軌一體化控制方法研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 基于對偶四元數(shù)的姿軌耦合動力學(xué)建模17-33
• 2.1 引言17
• 2.2 坐標(biāo)系定義17-18
• 2.3 四元數(shù)18-21
• 2.3.1 四元數(shù)的定義及運算法則18-19
• 2.3.2 基于四元數(shù)的相對姿態(tài)動力學(xué)建模19-21
• 2.4 對偶數(shù)21-22
• 2.5 對偶四元數(shù)22-23
• 2.6 相對運動姿軌耦合動力學(xué)建模23-32
• 2.6.1 對偶形式的單剛體運動學(xué)23-26
• 2.6.2 對偶形式的單剛體動力學(xué)26-29
• 2.6.3 基于對偶四元數(shù)的相對姿軌耦合運動學(xué)29-30
• 2.6.4 基于對偶四元數(shù)的相對姿軌耦合動力學(xué)30-32
• 2.7 本章小結(jié)32-33
• 第3章 類PD及模糊PD控制器設(shè)計33-49
• 3.1 引言33
• 3.2 類PD控制器設(shè)計33-42
• 3.2.1 類PD控制律設(shè)計33-35
• 3.2.2 類PD控制律穩(wěn)定性證明35-37
• 3.2.3 仿真對比37-42
• 3.3 模糊PD控制42-48
• 3.3.1 模糊系統(tǒng)設(shè)計42-44
• 3.3.2 仿真驗證44-46
• 3.3.3 控制器魯棒性驗證46-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第4章 自抗擾控制器設(shè)計49-62
• 4.1 引言49
• 4.2 自抗擾控制器結(jié)構(gòu)49-52
• 4.3 基于對偶四元數(shù)的串級自抗擾控制器設(shè)計52-57
• 4.3.1 串級自抗擾系統(tǒng)52-53
• 4.3.2 虛擬控制量設(shè)計53-55
• 4.3.3 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器設(shè)計55-56
• 4.3.4 誤差反饋控制律56-57
• 4.4 仿真驗證57-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 魯棒控制器設(shè)計62-71
• 5.1 引言62
• 5.2 輸入-狀態(tài)穩(wěn)定理論62-64
• 5.3 魯棒控制器設(shè)計64-66
• 5.4 魯棒控制穩(wěn)定性證明66-67
• 5.5 仿真驗證67-70
• 5.6 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 致謝77

，

本文編號：712432