本文關鍵詞：跳變系統(tǒng)模型參考跟蹤控制及其在航天器軌道控制中的應用

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【摘要】：模型參考跟蹤控制是控制領域中的一個重要研究方向,在眾多實際控制工程領域有廣泛的應用。另一方面,航天器軌道控制中的眾多問題,都可歸結為Markov跳變系統(tǒng)的模型參考輸出跟蹤控制問題。本文將常規(guī)的線性定常系統(tǒng)的模型跟蹤控制問題推廣到跳變系統(tǒng),提出了該問題的完全參數化求解算法及其在航天器幾類典型軌道控制中的應用,為航天器軌道控制提供了新的思路。本文的主要結果包括以下三個方面:1.建立了Markov跳變系統(tǒng)的模型參考跟蹤控制問題的參數化求解方法。首先,給出了跳變系統(tǒng)模型參考輸出跟蹤控制器的一般形式、存在條件及其證明。然后,建立了具有最大輸入約束條件的線性矩陣不等式方法和最小能耗指標下的最優(yōu)反饋控制器迭代算法來設計反饋鎮(zhèn)定控制器。最后,將跳變系統(tǒng)的模型參考跟蹤控制器的求解轉化成對一組非齊次廣義Sylvester方程組的求解,參考廣義Sylvester方程的參數化通解的求解方法,給出了控制器的完全參數化表達式。本文所給出的控制器參數化形式簡潔,求解方法易于編程實現。參數化表達式里包含了自由參數矩陣,給控制器設計帶來額外的自由度,可以為進一步的控制器優(yōu)化提供方便。2.建立了具有隨機推力器故障的航天器軌道控制問題的控制器設計方法。給出了具有Markov跳變參數的Clohessy Wiltshire方程作為該軌道控制問題的數學描述,將該問題歸結為一個跳變系統(tǒng)模型參考輸出跟蹤控制問題。針對執(zhí)行器隨機故障下的航天器空間懸停和空間繞飛兩類軌道控制任務,分別設計了相應任務下的參考模型,運用本文提出的參數化設計方法進行控制器求解并進行Matlab數值仿真。仿真結果表明,在推力器發(fā)生隨機跳變故障的情況下,被控系統(tǒng)仍能快速平穩(wěn)地跟蹤上參考信號,并且滿足最大推力約束等指標要求。3.給出了跳變系統(tǒng)模型參考跟蹤控制方法在航天器反攔截軌道機動控制中的應用。針對航天器沿固定彈道飛行而容易被追蹤和攔截的問題,介紹了一種基于跳變控制輸入的航天器反攔截模型參考跟蹤控制方法。將該控制問題歸結為一個跳變系統(tǒng)模型參考跟蹤問題,給出了航天器在隨機切換控制下的模型參考跟蹤控制問題的一般數學描述,建立了控制器的存在條件及其參數化設計算法,最后給出數值仿真驗證了所提算法的有效性。
【關鍵詞】：模型參考跟蹤控制 參數化方法 跳變系統(tǒng) 航天器軌道控制
【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】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義9-11
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究的背景和意義9-11
• 1.2 國內外研究現狀及分析11-14
• 1.2.1 航天器軌道控制發(fā)展概況11-12
• 1.2.2 航天器軌道控制方法研究現狀12-13
• 1.2.3 跳變系統(tǒng)和模型參考跟蹤控制的研究現狀13-14
• 1.3 論文主要研究內容及章節(jié)安排14-17
• 第2章 動力學模型與控制問題描述17-24
• 2.1 引言17
• 2.2 近距離相對機動軌道動力學模型17-20
• 2.3 圓軌道近距離相對機動控制問題的描述20-23
• 2.4 本章小結23-24
• 第3章 模型參考跟蹤控制器的參數化設計24-36
• 3.1 引言24
• 3.2 問題描述24-25
• 3.3 模型參考跟蹤控制器存在條件25-26
• 3.4 狀態(tài)反饋控制器設計26-31
• 3.4.1 最大輸入約束的LMI方法26-29
• 3.4.2 最優(yōu)反饋控制器設計方法29-31
• 3.5 前饋補償器設計31-34
• 3.6 控制器求解算法34-35
• 3.7 本章小結35-36
• 第4章 典型軌道機動任務的控制器求解及仿真36-56
• 4.1 引言36
• 4.2 懸停任務的最優(yōu)控制器設計與仿真36-45
• 4.2.1 相關參數36-37
• 4.2.2 懸停任務參考模型和優(yōu)化指標37-38
• 4.2.3 控制器求解38-42
• 4.2.4 數值仿真42-45
• 4.3 有限推力下繞飛任務的控制器設計與仿真45-54
• 4.3.1 相關參數45-46
• 4.3.2 繞飛任務下參考模型46-47
• 4.3.3 控制器求解47-51
• 4.3.4 數值仿真51-54
• 4.4 本章小結54-56
• 第5章 具有跳變控制輸入的航天器反攔截控制方法56-71
• 5.1 引言56
• 5.2 問題描述56-59
• 5.3 控制器的參數化設計方法59-64
• 5.3.1 模型參考跟蹤控制器存在條件60
• 5.3.2 狀態(tài)反饋控制器設計60-61
• 5.3.3 前饋補償器設計61-63
• 5.3.4 控制器求解算法63-64
• 5.4 控制器求解與數值仿真64-70
• 5.4.1 相關參數64-65
• 5.4.2 控制器求解65-67
• 5.4.3 仿真結果與分析67-70
• 5.5 本章小結70-71
• 結論71-73
• 參考文獻73-78
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其他成果78-80
• 致謝80

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前5條

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本文編號：940669