挠性卫星自适应模糊变结构控制的研究

论文摘要

随着航天技术的发展,对卫星姿态控制系统精度的要求越来越高;同时挠性体在卫星中的普遍应用使得挠性卫星成为了人们关注和研究的焦点。本文以挠性卫星的姿态控制系统为研究对象,将变结构控制方法与模糊控制方法应用于卫星姿态控制系统中,设计了自适应模糊变结构控制器并进行了仿真。具体工作有以下几个方面:首先,由于卫星姿态控制系统是一个多输入多输出、耦合的不确定非线性系统,为了简化系统模型,方便设计姿态控制器,我们引入输入-输出（I/O）线性化的方法。利用输入-输出线性化方法将卫星姿态系统运动学模型和动力学模型转换为三个相互解耦的子系统。针对解耦后的三个子系统,选择适当的切换函数和到达律,应用变结构控制原理中等效控制的方法设计了变结构控制器,给出了卫星姿态控制器的基本形式。仿真结果表明,所设计的变结构控制器对系统参数摄动及外部干扰具有较强的鲁棒性,动态性能良好。变结构控制系统由于受到切换开关非理想等因素的影响,使得滑动模态会产生高频振荡,这就是变结构系统中的“抖振”问题,是变结构控制一个致命的缺点。本文利用模糊控制的智能化特点进行消除抖振问题的研究。用自适应模糊控制逼近滑模控制中非线性控制分量,推导了模糊规则参数调整的自适应律,在线调节自适应模糊控制器的参数。仿真结果表明自适应模糊控制的方法可以有效地改善变结构控制的抖振问题,并且在系统响应的动态性能方面也有很大的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和研究目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 卫星姿态控制系统
• 1.2.2 变结构控制系统
• 1.2.3 自适应变结构控制系统的研究
• 1.2.4 模糊控制系统的研究
• 1.3 论文的主要研究工作
• 第2章 卫星姿态描述和系统建模
• 2.1 参考坐标系的定义及变换
• 2.1.1 参考坐标系的定义
• 2.1.2 坐标系变换
• 2.2 卫星运动学模型
• 2.2.1 姿态描述
• 2.2.2 欧拉角描述的卫星运动学方程
• 2.2.3 四元数描述的卫星运动学方程
• 2.3 卫星动力学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 反馈线性化在卫星姿态控制系统设计中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 输入-输出线性化
• 3.3 具有不确定性卫星姿控系统的输入输出线性化
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于变结构控制的卫星姿态控制
• 4.1 引言
• 4.2 变结构控制基础
• 4.2.1 基本定义
• 4.2.2 滑动模态的存在条件
• 4.2.3 滑动模态的到达条件
• 4.3 变结构控制系统中的抖振问题
• 4.3.1 抖振产生的机理
• 4.3.2 削弱抖振的主要方法
• 4.4 挠性卫星变结构控制器的设计
• 4.4.1 变结构控制器设计的基本要求和基本步骤
• 4.4.2 挠性卫星变结构控制器的设计
• 4.5 仿真分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 自适应模糊变结构控制器的设计
• 5.1 引言
• 5.2 模糊控制原理
• 5.2.1 模糊控制系统
• 5.2.2 模糊控制的基本原理
• 5.3 自适应模糊控制
• 5.3.1 自适应控制的特征
• 5.3.2 自适应模糊控制器的结构
• 5.4 自适应模糊变结构控制器的设计
• 5.4.1 T-S 模型的描述
• 5.4.2 控制器的设计
• 5.5 仿真分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢