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空间机动平台与武器载荷复合控制系统研究

作　者: 匡东政
导　师: 李顺利
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 空间机动平台 武器载荷 自抗扰控制 复合控制
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文以未来空间战为研究背景,以我国未来空间机动平台及武器载荷为研究对象,采用非线性自抗扰控制技术,对空间机动平台台体姿态控制、武器载荷跟踪指向控制、空间机动平台姿态和武器载荷指向的复合控制进行了深入细致的研究。本文首先利用Lagrange方程建立了空间机动平台台体动力学方程与武器载荷指向动力学方程,对空间机动平台动力学模型进行简化后,先设计了双闭环平台自抗扰姿态控制系统,该自抗扰控制器的设计几乎不依赖于机动平台具体动力学模型,实现姿态控制只需控制输入影响矩阵的估计值,而无需精确的平台动力学模型,从工程应用的角度出发,对此双闭环平台自抗扰姿态控制系统进行了多种条件下的仿真。通过仿真验证机动平台姿态自抗扰控制器具有较强的抗干扰性与较大范围的适用性。基于自抗扰跟踪微分器的理论,结合武器载荷的工作模式和指向策略,设计了内外环武器载荷指向自抗扰控制系统。给出了武器载荷不同跟踪工作模式下跟踪微分器参数选择方法,在此基础上,与前面设计的姿态控制系统共同组成了空间机动平台台体姿态与武器载荷跟踪指向二级控制的复合控制系统,并且对复合控制系统进行仿真验证。仿真结果表明,复合控制器能够实现姿态三通道解耦控制、指向两通道解耦控制、台体姿态与载荷指向的解耦。提高了控制效率,满足空间机动平台对控制系统的控制精度与控制效率要求,说明所设计的自抗扰复合控制器能够满足空间机动平台与武器载荷指向的复合控制系统的要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 课题研究背景与意义  8
  1.2 空间机动平台的发展状况  8-10
  1.3 天基定向能武器系统  10-11
  1.4 卫星复合控制国内外研究状况  11-14
  1.5 本文主要研究工作  14-16
第2章 空间机动平台动力学建模  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 空间机动平台及其武器载荷的系统结构  16-17
  2.3 空间机动平台坐标系定义  17-18
  2.4 空间机动平台及其武器载荷动力学方程  18-22
    2.4.1 Lagrange 方程  18-19
    2.4.2 动能和势能  19-22
    2.4.3 耗散能  22
  2.5 动力学方程  22-23
  2.6 空间机动平台的运动学方程  23-26
    2.6.1 欧拉角  24-25
    2.6.2 姿态四元数  25-26
  2.7 本章小结  26-27
第3章 空间机动平台姿态控制系统设计  27-54
  3.1 引言  27
  3.2 空间机动平台动力学方程  27-29
    3.2.1 机动平台反作用飞轮方程  27-28
    3.2.2 激光武器载荷驱动电机方程  28-29
  3.3 机动平台数学模型处理  29-30
    3.3.1 机动平台动力学模型处理  29
    3.3.2 机动平台运动学模型处理  29-30
  3.4 机动平台双闭环自抗扰姿态控制器  30-35
    3.4.1 机动平台自抗扰姿态控制器内环设计  31-34
    3.4.2 机动平台自抗扰姿态控制器外环设计  34-35
  3.5 双闭环姿态控制器仿真参数和结果  35-50
    3.5.1 机动平台参数与内外环控制器参数  35-36
    3.5.2 机动平台双闭环自抗扰控制器仿真结果  36-50
  3.6 仿真结果分析  50-52
  3.7 自抗扰控制系统参数分析  52-53
  3.8 本章小结  53-54
第4章 空间机动平台复合控制系统设计  54-70
  4.1 引言  54
  4.2 武器载荷数学模型处理  54-56
    4.2.1 武器载荷动力学方程处理  54-55
    4.2.2 空间机动平台体坐标系下武器载荷指向  55
    4.2.3 武器载荷俯仰轴与方位轴运动规律  55-56
  4.3 空间机动平台及其武器载荷的复合控制系统设计  56-57
  4.4 武器载荷不同跟踪模式下跟踪微分器参数选择  57-60
    4.4.1 武器载荷大角度机动下跟踪微分器参数选择  57-58
    4.4.2 武器载荷扫描搜索模式跟踪微分器参数选择  58-59
    4.4.3 自动跟踪模式跟踪微分器参数选择  59-60
  4.5 武器载荷指向内外双环自抗扰控制器设计  60-64
    4.5.1 武器载荷跟踪指向控制系统内环设计  61-62
    4.5.2 武器载荷跟踪指向控制系统外环设计  62-64
  4.6 空间机动平台复合控制系统仿真参数及结果  64-68
    4.6.1 复合控制系统仿真参数  64-65
    4.6.2 复合控制系统仿真结果  65-68
  4.7 本章小结  68-70
结论  70-71
参考文献  71-76
致谢  76

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 制导与控制 > 航天器制导与控制
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