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航天器姿态动力学系统鲁棒自适应控制方法研究

作　者: 郭金花
导　师: 宋申民
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 卫星姿态控制鲁棒自适应控制 Lyapunov方法
分类号: V448.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 204次
引　用: 1次
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内容摘要

卫星姿态控制系统是卫星系统中的重要组成部分。卫星姿态控制的精度不仅取决于姿态控制系统硬件配置的性能与精度,还与所采用的姿态控制算法密切相关。本文针对三轴稳定卫星的姿态控制问题,从理论和应用的角度对姿态控制算法作了深入细致的研究。主要完成了以下几个方面的工作:建立了卫星姿态运动模型。在卫星的各种姿态描述中,鉴于修正罗德里格参数(MRP)与其映射集的联合可以实现全局的非奇异姿态描述,本文的控制方案都是建立在第2章中给出卫星动力学方程及由MRP描述的运动学方程的基础上。同时还介绍了本文控制算法的理论基础,即Lyapunov的相关稳定性理论和滑模变结构控制理论。根据基于Lyapunov稳定性分析的非线性控制方法,针对姿态控制中存在的实际问题提出了相应的控制算法。考虑卫星转动惯量不确定和干扰力矩存在的情况下,设计了卫星的姿态调节和跟踪控制算法。滑模控制是一种处理非线性控制问题的有效方法,具有对参数变化和外部干扰不敏感的特性,可以很好的解决姿态控制系统中的扰动抑制问题。然后通过数学仿真对姿态调节和跟踪算法进行了验证,结果表明本章提出的自适应滑模变结构控制器对参数不确定性和有界干扰有很好的自适应性,能够保证闭环系统全局渐近稳定,可以很好的实现姿态调节和姿态跟踪任务。针对控制输入受限问题,设计了卫星的姿态调节和跟踪控制算法。利用双曲正切函数和MRP参数自身的性质,当控制器参数满足一定条件时,能很好地实现控制力矩受限问题。然后通过数学仿真对姿态调节和跟踪算法进行了验证,结果表明本章提出的自适应滑模变结构控制器对参数不确定性和有界干扰有很好的自适应性,能够满足闭环系统全局渐近稳定和输入受限的要求,可以很好的实现姿态调节和姿态跟踪任务。论文对所提出的控制算法都进行了理论分析和数学仿真验证,结果充分表明,所提出的各种控制方案均能很好地完成相应的姿态控制任务。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景及研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状及分析  10-15
    1.2.1 卫星姿态控制系统  10-11
    1.2.2 卫星姿态控制研究方法  11-13
    1.2.3 卫星姿态控制中存在的实际问题  13-15
  1.3 本文的主要研究内容  15-16
第2章卫星数学模型及控制理论基础  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 卫星数学模型  16-22
    2.2.1 坐标系  16-17
    2.2.2 卫星姿态参数描述  17-20
    2.2.3 卫星姿态运动模型  20-22
  2.3 控制理论基础  22-26
    2.3.1 Lyapunov 稳定性理论  22-24
    2.3.2 滑模变结构控制理论  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章自适应滑模控制器设计  27-42
  3.1 引言  27-28
  3.2 经典PD 控制器的设计  28
  3.3 自适应滑模控制器设计  28-41
    3.3.1 姿态调节控制器设计  28-35
    3.3.2 姿态跟踪控制器设计  35-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章输入受限的自适应滑模控制器设计  42-56
  4.1 引言  42
  4.2 输入受限的自适应滑模控制器设计  42-55
    4.2.1 姿态调节控制器设计  42-49
    4.2.2 姿态跟踪控制器设计  49-55
  4.3 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-63
致谢  63

航天器姿态动力学系统鲁棒自适应控制方法研究

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