本文關(guān)鍵詞：基于控制分配的航天器姿態(tài)容錯(cuò)控制

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【摘要】：高精度、高穩(wěn)定度、具有自主性的航天器姿態(tài)控制技術(shù),是航天器完成在軌任務(wù)的核心,然而,由于航天器姿態(tài)跟蹤系統(tǒng)的模型非線性、外部干擾、執(zhí)行器飽和以及響應(yīng)速率等約束,再加上航天器長(zhǎng)時(shí)間工作在惡劣的太空環(huán)境中,不可避免地導(dǎo)致執(zhí)行器發(fā)生部分失效故障,上述約束以及故障均會(huì)導(dǎo)致航天器姿態(tài)控制性能顯著下降,甚至在軌任務(wù)的失敗。本文正是在上述課題背景下,開展了基于在線控制分配的航天器姿態(tài)容錯(cuò)控制系統(tǒng)的研究,主要內(nèi)容包括:本文首先在航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,提出了研究目的和意義,并建立了航天器姿態(tài)跟蹤以及約束條件下控制目標(biāo)的數(shù)學(xué)描述,為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。為了準(zhǔn)確估計(jì)執(zhí)行器部分失效故障,本文通過引入一階回歸濾波器,得到執(zhí)行器失效因子真實(shí)值的代替項(xiàng),基于此信息設(shè)計(jì)了執(zhí)行器部分失效因子觀測(cè)器,并在一階回歸濾波器形式上,進(jìn)一步設(shè)計(jì)了主動(dòng)容錯(cuò)控制器。然后,考慮故障觀測(cè)器的估計(jì)誤差,證明了閉環(huán)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)故障估計(jì)以及姿態(tài)跟蹤誤差在Lyapunov意義下的漸近穩(wěn)定性。針對(duì)含有冗余執(zhí)行器的航天器姿態(tài)跟蹤控制系統(tǒng),本文首先將故障觀測(cè)器得到的執(zhí)行器部分失效因子估計(jì)矩陣的逆作為權(quán)值矩陣,改進(jìn)了開環(huán)偽逆控制技術(shù),并進(jìn)一步考慮執(zhí)行器飽和以及響應(yīng)速率約束,設(shè)計(jì)了基于向量二次最優(yōu)規(guī)劃的開環(huán)動(dòng)態(tài)控制分配方案�？紤]到執(zhí)行器安裝矩陣偏差會(huì)導(dǎo)致開環(huán)控制分配方案產(chǎn)生的執(zhí)行器實(shí)際力矩與控制器期望力矩誤差,本文設(shè)計(jì)了閉環(huán)控制分配的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并給出了閉環(huán)控制分配系統(tǒng)穩(wěn)定的一個(gè)充分條件。將基于故障觀測(cè)器的航天器姿態(tài)跟蹤主動(dòng)容錯(cuò)控制器作為標(biāo)稱控制,結(jié)合在線閉環(huán)控制分配方案,本文進(jìn)行了大量的數(shù)值對(duì)比仿真,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)算法的有效性及優(yōu)越性。
【關(guān)鍵詞】：航天器姿態(tài)控制 執(zhí)行器部分失效 主動(dòng)容錯(cuò)控制 在線控制分配
【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3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 緒論7-17
• 1.1 課題背景7-8
• 1.1.1 課題來源7
• 1.1.2 課題研究目的和意義7-8
• 1.2 航天器姿態(tài)控制方法研究現(xiàn)狀8-10
• 1.2.1 早期控制策略9
• 1.2.2 自適應(yīng)控制9-10
• 1.2.3 變結(jié)構(gòu)控制10
• 1.2.4 其他控制方法10
• 1.3 航天器姿態(tài)容錯(cuò)控制現(xiàn)狀分析10-15
• 1.3.1 故障分析11-12
• 1.3.2 容錯(cuò)控制現(xiàn)狀12-14
• 1.3.3 控制分配簡(jiǎn)述14-15
• 1.4 本文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 第2章 航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模型及預(yù)備知識(shí)17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 參考坐標(biāo)系17-18
• 2.3 航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模型18-20
• 2.4 控制問題描述20-22
• 2.4.1 標(biāo)稱系統(tǒng)控制目標(biāo)20-21
• 2.4.2 含冗余執(zhí)行器系統(tǒng)控制分配目標(biāo)21-22
• 2.5 預(yù)備知識(shí)22-24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 第3章 考慮執(zhí)行器部分失效的姿態(tài)跟蹤容錯(cuò)控制25-43
• 3.1 引言25-26
• 3.2 執(zhí)行器部分失效故障觀測(cè)器26-29
• 3.2.1 一階回歸濾波器26-27
• 3.2.2 故障觀測(cè)器27-29
• 3.3 航天器姿態(tài)跟蹤主動(dòng)容錯(cuò)控制器29-33
• 3.3.1 不考慮外部干擾的主動(dòng)容錯(cuò)控制器29-31
• 3.3.2 外部干擾抑制魯棒性驗(yàn)證31-33
• 3.4 對(duì)比數(shù)值仿真驗(yàn)證33-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第4章 基于在線控制分配的姿態(tài)跟蹤容錯(cuò)控制43-56
• 4.1 引言43-45
• 4.2 開環(huán)控制分配方案45-48
• 4.2.1 考慮執(zhí)行器部分失效的偽逆控制分配方案45-46
• 4.2.2 考慮執(zhí)行器部分失效及約束的動(dòng)態(tài)控制分配方案46-48
• 4.3 閉環(huán)控制分配方案48-50
• 4.4 仿真驗(yàn)證50-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-58
• 參考文獻(xiàn)58-66
• 致謝66

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本文編號(hào)：757512