挠性卫星姿态机动及姿态稳定控制方法研究

论文摘要

随着航天技术在各个领域的广泛应用,卫星的数目和种类迅速增长。卫星的大型化、挠性化成为一种趋势,因此对于挠性卫星的姿态控制研究具有重要意义。本文以单轴挠性卫星为控制对象,研究了挠性卫星的建模、姿态快速机动与快速稳定、挠性附件振动抑制等问题。主要包括:首先分析了挠性附件的模态频率在约束和非约束情况下的异同,在此基础上给出挠性卫星的动力学模型。将输入成型应用于挠性附件的振动抑制中,简要介绍了输入成型的原理及概念。针对挠性卫星中存在的不确定性因素,研究了一种只需要输出信息的指数趋近律的变结构控制,并结合了输入成型方法,仿真结果表明复合控制方法提高了挠性卫星的控制精度,同时抑制了模态振动。针对挠性卫星的系统参数不确定性、干扰不确定性以及传统变结构控制存在的抖振问题,设计了RBF神经网络变结构控制器和基于RBF网络上界自适应学习的变结构控制。在此基础上进一步将上述两种方法结合,提出了RBF的自适应变结构控制,分析仿真结果:所设计的方法能够有效抑制挠性振动,提高了系统控制精度,系统有较强鲁棒性。此外设计一套仿真软件,方便对各种控制算法的仿真与比较,并在此软件基础上进行了各种算法的仿真,给出了分析结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.3.1 大挠性卫星动力学建模
• 1.3.2 挠性卫星振动抑制控制方法研究
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 挠性卫星的动力学建模
• 2.1 引言
• 2.2 挠性卫星动力学建模
• 2.2.1 挠性卫星模型
• 2.2.2 约束模态与非约束模态下的模态频率
• 2.2.3 约束模态下的系统模型
• 2.3 输入成型
• 2.3.1 零阶振动成型器（ZV）
• 2.3.2 多模态输入成型器
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于输入成型的挠性卫星姿态变结构控制
• 3.1 引言
• 3.2 PD控制器设计
• 3.3 变结构控制
• 3.3.1 变结构控制基本原理
• 3.3.2 挠性卫星的变结构输出反馈控制设计
• 3.4 仿真结果分析
• 3.4.1 挠性卫星姿态机动PD与输入成型控制仿真
• 3.4.2 挠性卫星姿态机动的变结构控制仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 RBF神经网络变结构控制
• 4.1 引言
• 4.2 RBF神经网络
• 4.3 RBF神经网络滑模控制器
• 4.4 基于RBF网络上界自适应学习的变结构控制
• 4.4.1 系统描述
• 4.4.2 控制律设计
• 4.5 基于RBF的自适应变结构控制器设计
• 4.6 仿真分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 挠性卫星姿态控制仿真软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 仿真软件功能分析
• 5.3 软件设计与实现
• 5.3.1 系统界面设计
• 5.3.2 Simulink仿真软件设计
• 5.4 仿真分析
• 5.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢