本文關(guān)鍵詞：對在軌失控目標的位姿耦合跟蹤控制

  更多相關(guān)文章： 自主交會 位姿耦合 對偶四元數(shù) 質(zhì)量特性不確定 在軌辨識

【摘要】：在近場操作中服務航天器與失控目標的相對軌道運動和相對姿態(tài)運動存在耦合現(xiàn)象,傳統(tǒng)的控制模型已經(jīng)不能滿足日益復雜的航天任務。本文以服務航天器對空間失控目標進行自主交會與近場操作任務為背景,建立了基于對偶四元數(shù)的空間相對運動位姿耦合動力學模型,并且在此基礎(chǔ)上設(shè)計了耦合跟蹤控制器,實現(xiàn)了高精度控制。首先對旋量理論、四元數(shù)和對偶四元數(shù)等數(shù)學工具進行了介紹,為后文中的動力學建模以及耦合控制器的設(shè)計提供了方法。隨后還介紹了Lyapunov穩(wěn)定性理論和模型參考自適應控制系統(tǒng),為耦合控制器穩(wěn)定性的證明提供了理論依據(jù)。針對任務背景建立了坐標系系統(tǒng),包括慣性坐標系和服務航天器與目標航天器的本體坐標系�；趯ε妓脑獢�(shù),建立了剛體的耦合動力學模型和航天器相對運動的位姿耦合動力學模型。設(shè)計了廣義PD控制器,并證明了其穩(wěn)定性。通過數(shù)值仿真驗證了模型的準確性與控制的高精度,對比了位姿耦合動力學模型與傳統(tǒng)姿軌分開控制模型的,發(fā)現(xiàn)位姿耦合動力學模型不但具有更好的控制效果,而且具有更節(jié)省燃料的優(yōu)點�？紤]到在實際任務中可能出現(xiàn)的服務航天器質(zhì)量特性不確定的情況,設(shè)計了對質(zhì)量特性參數(shù)具有適應能力的模型參考自適應控制器。通過數(shù)值仿真,發(fā)現(xiàn)相較于非自適應的控制器,該自適應控制器具有對不確定性的較高的適應能力與控制精度。分析參數(shù)的估計值時發(fā)現(xiàn)其與實際的參數(shù)值有一定的誤差,因此設(shè)計了帶遺忘因子的遞推最小二乘算法,在服務航天器的機動過程中對質(zhì)量特性進行了在軌辨識,辨識精度在95%以上。
【關(guān)鍵詞】：自主交會 位姿耦合 對偶四元數(shù) 質(zhì)量特性不確定 在軌辨識
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-16
• 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)狀及分析9-14
• 1.2.1 自主交會與近場操作9-11
• 1.2.2 航天器相對位姿耦合動力學與控制11-14
• 1.2.3 航天器質(zhì)量特性在軌估計與辨識14
• 1.3 主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 基礎(chǔ)理論16-35
• 2.1 引言16
• 2.2 旋量理論基礎(chǔ)16-22
• 2.2.1 線矢量16-18
• 2.2.2 旋量及其位移轉(zhuǎn)換法則18-20
• 2.2.3 剛體上任意點的速度旋量20-21
• 2.2.4 作用在剛體上的力旋量21-22
• 2.3 四元數(shù)22-24
• 2.3.1 四元數(shù)的定義22-23
• 2.3.2 四元數(shù)的性質(zhì)23-24
• 2.4 對偶四元數(shù)24-28
• 2.4.1 對偶四元數(shù)的定義24-27
• 2.4.2 對偶四元數(shù)的性質(zhì)27-28
• 2.5 Lyapunov穩(wěn)定性理論28-29
• 2.6 模型參考自適應系統(tǒng)29-34
• 2.6.1 自適應控制介紹29-30
• 2.6.2 模型參考自適應系統(tǒng)原理30-31
• 2.6.3 局部參數(shù)最優(yōu)化設(shè)計方法31-33
• 2.6.4 基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的MRAC設(shè)計方法33-34
• 2.7 本章小結(jié)34-35
• 第3章 相對位姿耦合動力學建模與PD控制器設(shè)計35-55
• 3.1 引言35
• 3.2 牛頓-歐拉動力學方程的對偶形式35-38
• 3.3 航天器相對運動位姿耦合動力學模型38-41
• 3.4 廣義PD控制律設(shè)計41-44
• 3.4.1 PD控制律設(shè)計41-43
• 3.4.2 PD控制律穩(wěn)定性分析43-44
• 3.5 PD控制數(shù)值仿真44-54
• 3.5.1 仿真條件設(shè)置44-47
• 3.5.2 仿真結(jié)果分析47-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第4章 質(zhì)量特性不確定情況下的自適應跟蹤控制55-73
• 4.1 引言55
• 4.2 模型參考自適應控制律設(shè)計55-57
• 4.3 自適應控制律穩(wěn)定性分析57-59
• 4.4 自適應控制數(shù)值仿真59-66
• 4.5 航天器質(zhì)量特性在軌辨識66-71
• 4.5.1 位姿耦合的辨識模型66-68
• 4.5.2 遺忘因子遞推最小二乘法68-70
• 4.5.3 在軌辨識結(jié)果分析70-71
• 4.6 本章小結(jié)71-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻74-80
• 致謝80

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號：864688