發(fā)布時間：2017-09-17 23:01

  本文關鍵詞：某撓性衛(wèi)星姿態(tài)動力學建模與控制

  更多相關文章： 撓性衛(wèi)星 自抗擾控制 滑模控制 擴張狀態(tài)觀測器 振動控制

【摘要】：現(xiàn)代航天器越來越呈現(xiàn)出大型化、低剛度、撓性化的特點,在軌運行期間受到環(huán)境力矩的作用及進行姿態(tài)機動時,容易激發(fā)附件長時間持續(xù)振動。附件的彈性振動降低天線形狀精度,影響有效載荷工作,降低衛(wèi)星的姿態(tài)精度及姿態(tài)穩(wěn)定度。本學位論文以某通信衛(wèi)星為背景,對衛(wèi)星的高精度、高穩(wěn)定度姿態(tài)控制進行了深入研究,主要內容有:針對中心剛體加撓性附件此類簇狀衛(wèi)星,基于拉格朗日原理推導了其動力學方程,并針對帆板的簡化模型,通過假設模態(tài)法與有限元法進行了模態(tài)分析及柔性耦合系數(shù)的計算。針對衛(wèi)星附件振動,分別采用正位置反饋及應變速率反饋的方法,設計了基于壓電陶瓷的主動振動補償器并進行了對比,數(shù)值仿真結果表明,主動振動補償器能有效消除衛(wèi)星動力學的不穩(wěn)定極點,快速抑制附件的振動。為實現(xiàn)衛(wèi)星高精度、高穩(wěn)定度的姿態(tài)控制,設計了自抗擾控制器。為了抑制姿態(tài)機動過程中附件的振動,結合小角度姿態(tài)機動,安排了兩段拋物型的姿態(tài)角機動路徑。通過推導二階擴張狀態(tài)觀測器(Extended State Observer,簡寫ESO)的誤差運動方程,提出二階ESO的阻尼比與帶寬,從物理意義上說明了ESO的系數(shù)與狀態(tài)誤差動態(tài)特性的本質關系,提出了ESO系數(shù)的配置新方法。通過合理安排過渡過程,采用二階ESO實現(xiàn)動態(tài)補償線性化,采用非線性反饋的自抗擾控制律能有效補償不確定擾動,保證姿態(tài)機動的快速性、精度及穩(wěn)定度。結合滑�？刂频聂敯粜砸约癊SO動態(tài)補償不確定干、擾的優(yōu)越性,設計了基于ESO的滑模變結構控制律。針對陀螺儀失效或穩(wěn)態(tài)運行為延長陀螺儀壽命關閉陀螺儀的問題,設計了三階ESO估測角速度并進行動態(tài)干擾補償。針對三階ESO,構造了誤差運動方程,從阻尼比及帶寬層面分析了其狀態(tài)誤差的動態(tài)特性,說明了誤差運動的穩(wěn)定性及收斂性,提出參數(shù)配置的具體方法。對控制器的數(shù)值仿真結果表明,基于ESO的滑�？刂颇軌蜻_到與自抗擾同樣的控制精度。
【關鍵詞】：撓性衛(wèi)星 自抗擾控制 滑�？刂� 擴張狀態(tài)觀測器 振動控制
【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】：V448.22;V412.42
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題背景與意義9-10
• 1.2 撓性衛(wèi)星姿態(tài)動力學建模與控制國內外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 撓性衛(wèi)星動力學建模10-12
• 1.2.2 衛(wèi)星姿態(tài)控制技術12-14
• 1.2.3 衛(wèi)星附件主動振動控制14-15
• 1.3 本文的主要研究內容15-17
• 第2章 撓性衛(wèi)星姿態(tài)動力學建模17-40
• 2.1 引言17
• 2.2 衛(wèi)星姿態(tài)動力學模型17-26
• 2.2.1 參考坐標系17-18
• 2.2.2 姿態(tài)動力學方程18-22
• 2.2.3 姿態(tài)運動學方程22-25
• 2.2.4 誤差動力學方程25-26
• 2.3 柔性耦合系數(shù)分析26-36
• 2.3.1 假設模態(tài)法27-29
• 2.3.2 有限元方法29-36
• 2.4 反作用飛輪數(shù)學模型36-37
• 2.5 衛(wèi)星模型說明37-39
• 2.6 本章小結39-40
• 第3章 基于壓電陶瓷的主動振動補償器設計40-53
• 3.1 引言40
• 3.2 正位置反饋補償器設計40-44
• 3.3 應變速率反饋補償器設計44-47
• 3.4 正位反饋補償器+傳統(tǒng)PID控制器設計47-49
• 3.5 仿真分析49-52
• 3.6 本章小結52-53
• 第4章 基于自抗擾技術的撓性衛(wèi)星姿態(tài)控制53-69
• 4.1 引言53
• 4.2 自抗擾控制律設計53-57
• 4.2.1 基于振動抑制的安排過渡過程53-54
• 4.2.2 二階ESO設計54-56
• 4.2.3 控制律設計56-57
• 4.3 二階ESO的阻尼比與帶寬57-60
• 4.4 仿真分析60-68
• 4.4.1 撓性附件主動振動控制分析60-62
• 4.4.2 衛(wèi)星姿態(tài)自抗擾控制62-66
• 4.4.3 快速姿態(tài)機動66-68
• 4.5 本章小結68-69
• 第5章 基于ESO的變結構撓性衛(wèi)星姿態(tài)控制69-85
• 5.1 引言69
• 5.2 滑模變結構趨近律69-70
• 5.3 三階ESO的阻尼比與帶寬70-74
• 5.3.1 三階線性ESO的阻尼比與帶寬70-71
• 5.3.2 三階非線性ESO的阻尼比與帶寬71-74
• 5.4 滑�？刂破髟O計74-78
• 5.4.1 有角速度反饋控制律設計74-76
• 5.4.2 無角速度反饋滑�？刂破髟O計76-78
• 5.5 仿真分析78-84
• 5.5.1 滑模控制78-79
• 5.5.2 基于ESO的滑�？刂�79-81
• 5.5.3 無角速度反饋基于ESO的滑模控制器81-84
• 5.6 本章小結84-85
• 結論85-87
• 參考文獻87-92
• 致謝92

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 康瑩;李東海;老大中;;航天器姿態(tài)的自抗擾控制與滑�？刂频男阅鼙容^[J];控制理論與應用;2013年12期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 袁國平;航天器姿態(tài)系統(tǒng)的自適應魯棒控制[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

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本文編號：871868