本文關(guān)鍵詞：深空繩系衛(wèi)星系統(tǒng)有限時(shí)間姿態(tài)控制方法研究

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【摘要】：隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展,采用多體航天器編隊(duì)進(jìn)行深空探測是當(dāng)前空間技術(shù)發(fā)展的一種新趨勢。多體繩系衛(wèi)星系統(tǒng)作為航天器編隊(duì)中的一種特殊形式,具有控制精度高、響應(yīng)速度快以及節(jié)約燃料等優(yōu)點(diǎn)。因此本文以國家自然基金課題“深空環(huán)境下繩系衛(wèi)星動力學(xué)建模與控制研究”為研究背景,討論了深空受外界干擾和系統(tǒng)不確定性影響的多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)控制問題�；诖�,本文的主要研究內(nèi)容總結(jié)如下:首先采用Euler-Lagrange方法建立多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)動力學(xué)模型,然后依據(jù)模型簡化理論對該模型進(jìn)行簡化解耦,從而建立分布式多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)運(yùn)動方程。基于該方程,考慮系統(tǒng)受外界干擾和系統(tǒng)不確定性影響,首先研究基于自適應(yīng)非奇異終端滑模的多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)魯棒有限時(shí)間姿態(tài)控制問題。為防止控制器出現(xiàn)奇異問題并保證系統(tǒng)實(shí)際有限時(shí)間穩(wěn)定和快速響應(yīng),選取經(jīng)典的非奇異終端滑模面。利用自適應(yīng)技術(shù)對外界干擾和系統(tǒng)不確定進(jìn)行粗略的估計(jì)和補(bǔ)償,加強(qiáng)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的魯棒性。應(yīng)用該基于自適應(yīng)非奇異終端滑模的有限時(shí)間姿態(tài)控制方案進(jìn)行數(shù)值仿真,驗(yàn)證了該控制方案的有效性。接著深入研究基于干擾觀測器的快速非奇異終端滑模多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)控制問題。為了讓控制器不會出現(xiàn)奇異現(xiàn)象,而且還可以加快系統(tǒng)狀態(tài)的收斂速度,控制方案采用修正的快速非奇異終端滑模面。同時(shí),為了進(jìn)一步降低外界干擾和系統(tǒng)不確定性對系統(tǒng)的影響,并提高控制精度,設(shè)計(jì)干擾觀測器對外界干擾和系統(tǒng)不確定性進(jìn)行觀測。基于Lyapunov方法證明了姿態(tài)控制系統(tǒng)能在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定,滑模面在有限時(shí)間收斂到零的鄰域內(nèi)。數(shù)值仿真證明了所設(shè)計(jì)的第二種控制算法的有效性和優(yōu)越性。最后為完成多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)控制,設(shè)計(jì)基于干擾觀測器的自適應(yīng)有限時(shí)間輸出反饋控制器。相比終端滑模控制器,有限時(shí)間輸出反饋控制算法具有不存在奇異問題,并且控制器表達(dá)形式更為簡潔,通用性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。為使姿態(tài)控制器中可調(diào)參數(shù)不依賴于干擾觀測器的觀測性能,引入自適應(yīng)律對干擾觀測器的最終收斂鄰域進(jìn)行估計(jì)。根據(jù)Lyapunov方法和有限時(shí)間技術(shù),證明該控制器可以實(shí)現(xiàn)高性能的實(shí)際有限時(shí)間姿態(tài)跟蹤,并且為控制器參數(shù)調(diào)節(jié)提供了理論依據(jù)。最后通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了控制算法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：深空環(huán)境 繩系衛(wèi)星系統(tǒng) 有限時(shí)間控制 自適應(yīng)技術(shù) 干擾觀測器
【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】：V448.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題來源及研究目的和意義9-10
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 研究目的和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析10-15
• 1.2.1 多體TSS在軌實(shí)驗(yàn)10-12
• 1.2.2 多體TSS動力學(xué)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 多體TSS姿態(tài)控制國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.3 多體TSS研究中存在的問題15-16
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 深空TSS動力學(xué)及預(yù)備知識18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 預(yù)備知識及相關(guān)引理18-20
• 2.3 深空多體旋轉(zhuǎn)TSS動力學(xué)20-24
• 2.3.1 單體繩系衛(wèi)星動力學(xué)20-23
• 2.3.2 多體旋轉(zhuǎn)TSS動力學(xué)23-24
• 2.4 多體旋轉(zhuǎn)TSS動力學(xué)模型處理24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 基于非奇異終端滑模的TSS有限時(shí)間姿態(tài)控制26-38
• 3.1 引言26-27
• 3.2 自適應(yīng)非奇異終端滑模有限時(shí)間控制器設(shè)計(jì)27-32
• 3.2.1 非奇異終端滑模面設(shè)計(jì)27-28
• 3.2.2 自適應(yīng)非奇異終端滑�？刂破髟O(shè)計(jì)28-32
• 3.3 深空TSS非奇異終端滑模有限時(shí)間姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)32-33
• 3.4 仿真分析33-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第4章 基于觀測器和快速非奇異終端滑模的TSS有限時(shí)間姿態(tài)控制38-49
• 4.1 引言38-39
• 4.2 干擾觀測器設(shè)計(jì)39-40
• 4.3 基于觀測器的快速非奇異終端滑模有限時(shí)間控制器設(shè)計(jì)40-44
• 4.3.1 修正快速非奇異終端滑模面設(shè)計(jì)40-42
• 4.3.2 基于干擾觀測器的快速非奇異終端滑�？刂破髟O(shè)計(jì)42-44
• 4.4 深空TSS基于干擾觀測器的滑模有限時(shí)間姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)44
• 4.5 仿真分析44-48
• 4.6 本章小結(jié)48-49
• 第5章 基于觀測器的TSS有限時(shí)間輸出反饋?zhàn)藨B(tài)控制49-59
• 5.1 引言49-50
• 5.2 基于干擾觀測器的有限時(shí)間輸出反饋控制器設(shè)計(jì)50-54
• 5.3 深空TSS基于干擾觀測器的有限時(shí)間反饋?zhàn)藨B(tài)控制器設(shè)計(jì)54-55
• 5.4 仿真分析55-57
• 5.5 本章小結(jié)57-59
• 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果67-69
• 致謝69

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本文編號：973024