本文關(guān)鍵詞：空間非合作目標(biāo)的跟蹤指向控制算法研究

  更多相關(guān)文章： 跟蹤指向 空間非合作目標(biāo) 有限時(shí)間控制 反步法 終端滑模 輸入飽和

【摘要】：隨著各國(guó)航天技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的航天器被送入到空間執(zhí)行特定的任務(wù),然而一些失效甚至失控的非合作航天器會(huì)對(duì)其它在軌運(yùn)行的航天器構(gòu)成威脅,需要接近并對(duì)其進(jìn)行在軌維護(hù)或者清除,因此能實(shí)現(xiàn)相對(duì)位置跟蹤并保持姿態(tài)指向的控制技術(shù)尤為關(guān)鍵。一方面,追蹤航天器需要考慮有限時(shí)間內(nèi)快速接近非合作目標(biāo)并實(shí)現(xiàn)精確的視線跟蹤;另一方面,追蹤考慮航天器不可避免地會(huì)存在各種外界干擾、控制輸入飽和、死區(qū)非線性特性等問題,更重要的是針對(duì)非合作目標(biāo)會(huì)存在一些運(yùn)動(dòng)參數(shù)難以獲取的問題,因此研究存在多種干擾和約束條件下的有限時(shí)間跟蹤指向控制,對(duì)于空間非合作目標(biāo)的探測(cè)具有重要的意義。主要研究?jī)?nèi)容如下:針對(duì)跟蹤指向空間非合作目標(biāo)的問題,在視線坐標(biāo)系和追蹤航天器本體坐標(biāo)系下分別建立了追蹤航天器與空間非合作目標(biāo)的相對(duì)軌道和姿態(tài)的動(dòng)力學(xué)方程,并考慮由未知的目標(biāo)軌道機(jī)動(dòng)加速度、執(zhí)行機(jī)構(gòu)死區(qū)特性及其它原因引起的廣義干擾,構(gòu)建了軌道與姿態(tài)綜合控制的六自由度模型,為后續(xù)控制算法的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)�？紤]到追蹤航天器相對(duì)位置和姿態(tài)收斂到期望狀態(tài)的快速性需求,基于反步法設(shè)計(jì)了有限時(shí)間控制律;考慮到實(shí)際系統(tǒng)干擾上界往往是未知且難以估計(jì),分別采用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于跟蹤微分器的非線性干擾觀測(cè)器來對(duì)干擾進(jìn)行有效估計(jì)和補(bǔ)償,并通過有限時(shí)間Lyapunov穩(wěn)定性定理對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。針對(duì)追蹤航天器控制輸入有界的約束,提出了一種基于自適應(yīng)控制的跟蹤指向控制算法,可在考慮飽和環(huán)節(jié)的情況下保證閉環(huán)系統(tǒng)的有限時(shí)間穩(wěn)定性;考慮到這種自適應(yīng)方法未對(duì)干擾進(jìn)行直接估計(jì)而導(dǎo)致精度不高的缺點(diǎn),引入雙曲正切函數(shù)設(shè)計(jì)抗飽和PD跟蹤指向控制算法,使用非線性干擾觀測(cè)器來對(duì)干擾進(jìn)行估計(jì);又考慮到抗飽和PD控制算法只能保證閉環(huán)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的不足,采用飽和非奇異終端滑模,并結(jié)合自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性干擾觀測(cè)器分別設(shè)計(jì)了兩種有限時(shí)間跟蹤指向控制算法,彌補(bǔ)了前面兩種算法分別存在的不足。使用MATLAB仿真驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的跟蹤指向控制算法的有效性,并對(duì)比分析了不同控制算法的跟蹤指向仿真結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：跟蹤指向 空間非合作目標(biāo) 有限時(shí)間控制 反步法 終端滑模 輸入飽和
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題研究的背景和意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析10-16
• 1.2.1 航天器相對(duì)姿軌運(yùn)動(dòng)控制的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 考慮系統(tǒng)不確定性的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 有限時(shí)間控制的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.4 考慮控制輸入非線性的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排16-19
• 第2章 航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型與預(yù)備知識(shí)19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型的建立19-25
• 2.2.1 視線坐標(biāo)系19-21
• 2.2.2 相對(duì)軌道動(dòng)力學(xué)模型21
• 2.2.3 姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)模型21-22
• 2.2.4 期望軌道解算22-23
• 2.2.5 期望姿態(tài)解算23-24
• 2.2.6 相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型狀態(tài)空間表達(dá)式24-25
• 2.3 預(yù)備知識(shí)25-28
• 2.3.1 有限時(shí)間控制基本理論25-26
• 2.3.2 終端滑模26-27
• 2.3.3 其他引理27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 基于反步法的有限時(shí)間跟蹤指向控制29-59
• 3.1 引言29
• 3.2 基于反步法的有限時(shí)間控制29-32
• 3.3 結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有限時(shí)間跟蹤指向控制32-45
• 3.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)32
• 3.3.2 控制算法設(shè)計(jì)32-35
• 3.3.3 仿真結(jié)果與分析35-45
• 3.4 結(jié)合干擾觀測(cè)器的有限時(shí)間跟蹤指向控制45-58
• 3.4.1 非線性干擾觀測(cè)器基礎(chǔ)45-47
• 3.4.2 控制算法設(shè)計(jì)47-49
• 3.4.3 仿真結(jié)果與分析49-58
• 3.5 本章小結(jié)58-59
• 第4章 考慮控制輸入有界的跟蹤指向控制59-116
• 4.1 引言59
• 4.2 自適應(yīng)有限時(shí)間跟蹤指向控制59-72
• 4.2.1 控制算法設(shè)計(jì)60-64
• 4.2.2 仿真結(jié)果與分析64-72
• 4.3 抗飽和PD跟蹤指向控制72-87
• 4.3.1 基于齊次性方法的抗飽和PD有限時(shí)間控制72-76
• 4.3.2 結(jié)合干擾觀測(cè)器的抗飽和PD跟蹤指向控制76-87
• 4.4 飽和非奇異終端滑模跟蹤指向控制87-114
• 4.4.1 飽和非奇異終端滑模有限時(shí)間控制87-95
• 4.4.2 結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的飽和非奇異終端滑模跟蹤指向控制95-104
• 4.4.3 結(jié)合干擾觀測(cè)器的飽和非奇異終端滑模跟蹤指向控制104-113
• 4.4.4 仿真分析113-114
• 4.5 本章小結(jié)114-116
• 結(jié)論116-118
• 參考文獻(xiàn)118-129
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果129-131
• 致謝131

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