本文關(guān)鍵詞：多星部署上面級的姿態(tài)控制研究

  更多相關(guān)文章： 上面級 反步法 滑模變結(jié)構(gòu)控制 時間最優(yōu)控制

【摘要】：隨著“一箭多星”等航天發(fā)射需求的增加,多星部署上面級的價值與日俱增。但是多星部署上面級釋放一部分有效載荷后質(zhì)心位置及轉(zhuǎn)動慣量矩陣會發(fā)生變化,產(chǎn)生慣量耦合與控制耦合,導(dǎo)致三軸姿態(tài)耦合。針對上述姿態(tài)控制問題,本學(xué)位論文分別對基于反步法的主動段姿態(tài)控制、主動段滑模變結(jié)構(gòu)姿態(tài)解耦控制和滑行段時間最優(yōu)姿態(tài)控制進行了深入研究。主要內(nèi)容如下:基于反步法的主動段姿態(tài)控制。針對多星部署上面級三軸姿態(tài)耦合的多變量、強耦合的復(fù)雜的非線性控制問題,利用反步法設(shè)計了姿態(tài)控制器,并證明了其穩(wěn)定性。根據(jù)多星部署上面級在主動段的控制機構(gòu),計算了滾動方向噴管產(chǎn)生的滾動方向控制力矩,給出了相對于變化了的質(zhì)心位置,主發(fā)動機搖擺的推力偏航角、推力俯仰角與產(chǎn)生的控制力矩之間的關(guān)系。設(shè)計了通過數(shù)值法由期望力矩求解推力偏航角與推力俯仰角的具體方法。基于反步法的主動段姿態(tài)控制方法在理想情況和考慮控制約束的情況能有效控制多星部署上面級的姿態(tài),但是在應(yīng)對干擾方面存在較大不足,需要提出魯棒性更強的方法。主動段滑模變結(jié)構(gòu)姿態(tài)解耦控制。針對基于反步法的多星部署上面級主動段姿態(tài)控制器存在較大不足的問題,提出了一種魯棒性更強的滑模變結(jié)構(gòu)姿態(tài)解耦控制方法。對三軸耦合的多星部署上面級姿態(tài)控制系統(tǒng),進行了反饋線性化解耦,為了提高多星部署上面級姿態(tài)控制的魯棒性,在反饋線性化得到的三軸姿態(tài)解耦的偽線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,分別設(shè)計了三軸的滑模變結(jié)構(gòu)姿態(tài)控制器,并證明了穩(wěn)定性。針對滑模變結(jié)構(gòu)控制的抖振問題,利用冪次函數(shù)構(gòu)造的趨近律滑模控制算法,成功消除了抖振。與基于反步法的多星部署上面級主動段姿態(tài)控制器相比,無論是在姿態(tài)機動時間、姿態(tài)參數(shù)精度、角速度精度等方面,還是在抗干擾方面,滑模變結(jié)構(gòu)姿態(tài)解耦控制都遠優(yōu)于基于反步法的姿態(tài)控制。滑行段時間最優(yōu)姿態(tài)控制。針對多星部署上面級的滑行段時間最優(yōu)姿態(tài)控制問題,提出了基于高斯偽譜法的滑行段時間最優(yōu)姿態(tài)控制方法。根據(jù)多星部署上面級在滑行段的姿態(tài)控制執(zhí)行機構(gòu),詳細計算了滑行段多星部署上面級由姿控噴管產(chǎn)生的控制力矩,即給出了三軸控制力矩與三軸姿控噴管開關(guān)函數(shù)之間的關(guān)系。將其代入了多星部署上面級滑行段時間最優(yōu)姿態(tài)控制問題的描述中。多星部署上面級基于高斯偽譜法的滑行段時間最優(yōu)姿態(tài)控制方法能有效完成姿態(tài)機動,但同時存在一定誤差,且是開環(huán)控制方法,無法對干擾進行抑制。進一步提出了利用滑模變結(jié)構(gòu)姿態(tài)解耦控制方法進行末端修正,并設(shè)計了詳細的三軸姿控噴管開關(guān)函數(shù)的控制算法。經(jīng)過末端修正的基于高斯偽譜法的滑行段時間最優(yōu)姿態(tài)控制方法精度高,抗干擾能力強。
【關(guān)鍵詞】：上面級 反步法 滑模變結(jié)構(gòu)控制 時間最優(yōu)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】：V448.22
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-13
• 1.1.1 運載火箭上面級的功能及意義10-12
• 1.1.2 多星部署上面級的姿態(tài)控制研究的意義12-13
• 1.2 相關(guān)問題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-20
• 1.2.1 運載火箭上面級13-17
• 1.2.2 多星部署上面級的姿態(tài)控制17-18
• 1.2.3 反步控制方法18-19
• 1.2.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制方法19-20
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 上面級姿態(tài)控制數(shù)學(xué)模型與控制方案22-30
• 2.1 引言22
• 2.2 上面級姿態(tài)描述22-26
• 2.2.1 參考坐標(biāo)系的定義22-23
• 2.2.2 幾種常用姿態(tài)參數(shù)及其優(yōu)缺點23-26
• 2.3 上面級姿態(tài)動力學(xué)方程26-27
• 2.4 上面級姿態(tài)運動學(xué)方程27
• 2.5 上面級姿態(tài)控制方案27-28
• 2.5.1 主動段推力矢量與噴氣聯(lián)合控制28
• 2.5.2 滑行段噴氣控制28
• 2.6 本章小結(jié)28-30
• 第3章 基于反步法的主動段姿態(tài)控制30-56
• 3.1 引言30-31
• 3.2 反步法控制原理31-37
• 3.3 基于反步法的姿態(tài)控制器設(shè)計37-42
• 3.3.1 控制律推導(dǎo)37-40
• 3.3.2 仿真驗證及分析40-42
• 3.4 考慮控制約束的反步姿態(tài)控制42-50
• 3.4.1 主動段控制力矩43-44
• 3.4.2 主動段控制力矩數(shù)值求解法44-46
• 3.4.3 仿真結(jié)果與分析46-50
• 3.5 引入干擾的仿真驗證50-54
• 3.5.1 主要干擾50
• 3.5.2 仿真結(jié)果與分析50-54
• 3.6 本章小結(jié)54-56
• 第4章 主動段滑模變結(jié)構(gòu)姿態(tài)解耦控制56-73
• 4.1 引言56
• 4.2 反饋線性化方法56-58
• 4.3 上面級姿態(tài)方程的反饋線性化58-59
• 4.4 滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計59-62
• 4.5 仿真結(jié)果與分析62-71
• 4.5.1 理想狀態(tài)62-63
• 4.5.2 考慮控制約束63-67
• 4.5.3 考慮干擾及控制約束67-71
• 4.6 本章小結(jié)71-73
• 第5章 滑行段時間最優(yōu)姿態(tài)控制73-88
• 5.1 引言73
• 5.2 最優(yōu)控制方法73-75
• 5.2.1 最優(yōu)控制問題描述形式73-74
• 5.2.2 高斯偽譜法數(shù)值逼近74-75
• 5.3 基于高斯偽譜法的上面級時間最優(yōu)姿態(tài)控制75-77
• 5.4 滑行段控制力矩77-79
• 5.5 滑行段時間最優(yōu)控制仿真結(jié)果及分析79-82
• 5.6 末端修正82-86
• 5.7 本章小結(jié)86-88
• 結(jié)論88-90
• 參考文獻90-97
• 致謝97

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本文編號：874360