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挠性航天器的滑模变结构控制

作　者: 张桂杰
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: 挠性航天器分力合成方法正位置反馈滑模变结构控制
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 279次
引　用: 3次
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内容摘要

本文以一类中心刚体带两块对称太阳帆板的挠性航天器为研究对象,研究了挠性航天器的姿态控制问题。论文研究的目的是,挠性航天器在平面内作大角度姿态机动时,实现对柔性帆板振动的抑制。航天器挠性结构的主动振动控制技术是大型航天器姿态控制系统设计的关键技术。本论文的研究内容主要包括以下几个方面:首先,简要介绍了航天器的姿态控制技术和滑模变结构控制理论,对其目前的研究现状作了较为详细的论述。在第二章中,将分力合成的方法以若干个定理的形式给出,并应用分力合成进行大角度机动仿真。验证了分力合成方法在完成事先指定的机动任务的同时,可以有效地抑制挠性附件的振动。为了充分利用闭环控制和分力合成方法各自的优势,用适当的分力合成方法形成控制系统的输入指令,可以有效地消除控制器的刚性振动及结构的挠性振动。为了进一步抑制挠性结构的振动,采用压电材料作为作动器,在系统中加入了PPF补偿器,结果表明该复合控制方法在有效地抑制挠性模态的振动的同时,提高了航天器的指向精度。针对挠性航天器的动力学模型存在着模型不确定性因素以及外部扰动作用的鲁棒控制问题,提出了将变结构输出反馈控制应用于挠性航天器的大角度机动控制中。设计的控制器仅利用输出信息,从而避免设计挠性模态状态观测器以及引入状态观测器误差;在此基础上,采用分力合成方法来抑制挠性附件的振动,但考虑到模型不确定性和外部扰动,在内回路又设计了正位置反馈(PPF)补偿器以增加挠性结构的阻尼,使挠性结构的振动能够很快衰减。仿真结果表明,该方法可以有效地抑制挠性机构的振动,对模型不确定以及外部干扰具有很强的抑制能力

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 航天器姿态控制技术  9-10
  1.3 滑模变结构控制理论的研究现状  10-12
  1.4 本文的主要内容及章节安排  12-13
第2章分力合成方法  13-27
  2.1 引言  13
  2.2 基本原理  13-17
    2.2.1 分力的概念  14-15
    2.2.2 分力合成的几个引理  15-17
  2.3 分力合成方法在挠性飞行器上的应用  17-21
    2.3.1 挠性航天器的动力学模型  17-19
    2.3.2 时间—燃料最优解  19
    2.3.3 利用分力合成和最优原理求解  19-21
  2.4 数值仿真  21-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章闭环中的分力合成及正位置反馈  27-40
  3.1 引言  27-28
  3.2 分力合成方法应用于闭环反馈  28-33
  3.3 正位置反馈补偿器设计(PPF)  33-35
  3.4 仿真分析  35-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章滑模变结构控制  40-55
  4.1 引言  40-41
  4.2 滑模变结构控制原理  41-46
    4.2.1 滑模控制的基本概念  41-43
    4.2.2 变结构控制系统的性质  43-44
    4.2.3 变结构控制系统的设计  44-45
    4.2.4 变结构控制系统的稳定性分析  45-46
  4.3 变结构输出反馈  46-49
    4.3.1 挠性航天器的输出误差模型  46-48
    4.3.2 滑模变结构控制器的设计  48-49
  4.4 仿真分析  49-54
  4.5 本章小结  54-55
结论  55-57
参考文献  57-62
致谢  62

挠性航天器的滑模变结构控制

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