本文關(guān)鍵詞：新型終端滑模有限時間控制及航天應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 航天器 姿態(tài)控制 有限時間 終端滑模 控制飽和 執(zhí)行器故障

【摘要】：快速且精確的姿態(tài)控制是航天器完成各項在軌任務(wù)的重要條件和保證。而航天器在軌運行時面臨的外部干擾、執(zhí)行機構(gòu)物理限制導致的控制輸出飽和以及長時間高強度的任務(wù)操作導致的執(zhí)行器故障等多約束條件對快速且高精度的姿態(tài)控制產(chǎn)生很大影響。本文以剛體航天器有限時間姿態(tài)控制為課題開展研究,首先提出一類新型非奇異飽和終端滑模面,其次針對多約束條件下的航天器姿態(tài)跟蹤控制問題提出一類有限時間姿態(tài)容錯控制方案。首先,針對剛體航天器姿態(tài)機動過程中存在的控制飽和與外部干擾問題,設(shè)計一類基于新型非奇異飽和終端滑模面的有限時間姿態(tài)控制方案。該控制方案完全消除了自身奇異性且保證了姿態(tài)機動過程的快速性。該控制方案對于控制飽和問題的顯式考慮使得航天器在飽和幅值的約束下完成了姿態(tài)機動任務(wù),而且控制器的設(shè)計對外部干擾的上界沒有任何要求,也無需任何小角度的假設(shè)。進一步的穩(wěn)定性分析表明,新型非奇異飽和終端滑�？刂品桨傅囊胧沟瞄]環(huán)系統(tǒng)能夠快速地收斂到滑模面及平衡點的微小鄰域的同時具有較強的魯棒性。其次,針對剛體航天器執(zhí)行器故障且控制飽和的姿態(tài)跟蹤控制問題,提出了一類基于反步法的有限時間容錯控制方案�？紤]外部干擾的影響,通過引入一類新型具有有限時間收斂特性的積分式滑模面,并利用參數(shù)自適應(yīng)方法使得控制設(shè)計不依賴于系統(tǒng)慣量信息和外部干擾的界,設(shè)計了一類有限時間姿態(tài)跟蹤控制器;在此研究基礎(chǔ)上,進一步考慮控制飽和與執(zhí)行器故障的影響,設(shè)計了一類滿足多約束的有限時間容錯控制器。該控制方案的設(shè)計無需在線故障信息檢測、分離甚至控制器重構(gòu)。理論穩(wěn)定性分析表明:所設(shè)計的控制器不僅保證了姿態(tài)跟蹤的有限時間收斂性以及滿足了控制飽和幅值要求,且對于執(zhí)行器故障具有優(yōu)越的容錯能力。最后,將所設(shè)計的控制方案應(yīng)用于相應(yīng)的剛體航天器姿態(tài)控制,數(shù)值仿真結(jié)果驗證了其在姿態(tài)控制過程中的可靠性及優(yōu)越的控制性能。
【關(guān)鍵詞】：航天器 姿態(tài)控制 有限時間 終端滑模 控制飽和 執(zhí)行器故障
【學位授予單位】：中國民航大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V448.22
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題研究的背景與意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析11-16
• 1.2.1 終端滑模有限時間控制研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 終端滑�？刂圃诤教祛I(lǐng)域的應(yīng)用14-16
• 1.3 主要內(nèi)容及章節(jié)安排16-17
• 第二章 剛體航天器姿態(tài)控制模型及理論分析17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 剛體航天器姿態(tài)控制模型17-19
• 2.2.1 參考坐標系17-18
• 2.2.2 剛體航天器姿態(tài)運動學模型18-19
• 2.2.3 剛體航天器姿態(tài)動力學模型19
• 2.3 控制理論及分析19-22
• 2.3.1 穩(wěn)定性理論19-20
• 2.3.2 L_2增益干擾抑制理論20-21
• 2.3.3 反步法設(shè)計理論21-22
• 2.4 有限時間控制理論22-30
• 2.4.1 有限時間穩(wěn)定22-23
• 2.4.2 終端滑�？刂蒲芯�23-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 基于新型非奇異飽和終端滑模的航天器姿態(tài)控制31-49
• 3.1 引言31-32
• 3.2 剛體航天器姿態(tài)機動建模及分析32-33
• 3.3 新型非奇異飽和終端滑模面33-36
• 3.3.1 非奇異飽和終端滑模設(shè)計33-34
• 3.3.2 非奇異飽和終端滑模連續(xù)光滑性及分析34-35
• 3.3.3 非奇異飽和終端滑模有限時間收斂性35-36
• 3.4 非奇異飽和終端滑模有限時間控制器設(shè)計36-42
• 3.5 仿真結(jié)果與分析42-47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 第四章 基于反步法的航天器有限時間姿態(tài)跟蹤容錯控制49-69
• 4.1 引言49-50
• 4.2 剛體航天器姿態(tài)跟蹤建模及分析50-52
• 4.3 僅考慮干擾的有限時間控制器設(shè)計52-55
• 4.3.1 有限時間積分式滑模設(shè)計及分析52-53
• 4.3.2 有限時間姿態(tài)跟蹤分析53-55
• 4.4 考慮干擾、控制飽和及執(zhí)行器故障的有限時間姿態(tài)跟蹤控制55-59
• 4.4.1 姿態(tài)跟蹤故障建模及分析55-56
• 4.4.2 有限時間姿態(tài)跟蹤容錯控制56-59
• 4.5 仿真結(jié)果與分析59-68
• 4.6 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻70-75
• 致謝75-76
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及其他成果76-77
• 1 已發(fā)表或錄用或在審的學術(shù)論文76
• 2 主要參與的科研項目76-77
• 個人簡介77-78
• 附件78-79

【參考文獻】

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本文編號：913657