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带有饱和受限的挠性卫星变结构姿态容错控制

控制理论与应用 2011年第9期28卷 1063-1068页

作者：霍星胡庆雷肖冰马广富渤海大学工学院辽宁锦州121000 哈尔滨工业大学控制科学与工程系黑龙江哈尔滨150001

针对挠性卫星在飞行过程中存在推力器故障、控制输入饱和受限以及外部干扰的姿态控制问题,提出了一类基于变结构控制的鲁棒容错控制设计方法.该设计在继承变结构控制的优点的同时,显式地引入推力器输出的饱和幅值,以确保控制输出在其要... 详细信息

针对挠性卫星在飞行过程中存在推力器故障、控制输入饱和受限以及外部干扰的姿态控制问题,提出了一类基于变结构控制的鲁棒容错控制设计方法.该设计在继承变结构控制的优点的同时,显式地引入推力器输出的饱和幅值,以确保控制输出在其要求界的范围内.同时,充分利用星上推力器的硬件冗余以实现对部分推力器故障的容错,这种思想的引入使得所设计的控制器对故障具有很强的自适应能力,而且对设计者而言,推力器故障信息不需要进行在线的检测和分离.最后,将该控制器应用于某型卫星姿态调节控制,仿真结果表明该控制器能有效地抑制外部干扰、挠性结构的振动和推力器故障的约束,在实现姿态调节的同时,保证其控制输出满足饱和受限界的要求,具有较好的控制性能.

关键词：挠性卫星变结构控制容错控制输入饱和推力器故障

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空间机器人终端滑模路径跟踪控制

哈尔滨工业大学学报 2012年第7期44卷 1-7页

作者：胡庆雷徐梁霍星马广富哈尔滨工业大学控制科学与工程系哈尔滨150001

对存在摩擦干扰力矩的自由漂浮空间机械臂任务空间路径跟踪控制问题采用终端滑模,实现了跟踪误差的有限时间镇定.同时考虑执行机构存在的死区特性,设计了自适应补偿机构,通过自适应控制来学习死区特性的上界,以确保跟踪控制的有效执行.... 详细信息

对存在摩擦干扰力矩的自由漂浮空间机械臂任务空间路径跟踪控制问题采用终端滑模,实现了跟踪误差的有限时间镇定.同时考虑执行机构存在的死区特性,设计了自适应补偿机构,通过自适应控制来学习死区特性的上界,以确保跟踪控制的有效执行.最后基于Lyapunov方法,从理论上证明了闭环系统的全局稳定性,并通过数值仿真证明此控制器能够有效实现任务空间路径跟踪控制,且对干扰具有一定的鲁棒性.

关键词：自由漂浮空间机械臂路径跟踪终端滑模死区特性自适应

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基于广义逆的欠驱动航天器姿态机动控制

自动化学报 2013年第3期39卷 285-292页

作者：黄静李传江马广富刘刚哈尔滨工业大学控制科学与工程系哈尔滨150001

针对欠驱动刚体航天器机动控制问题,应用广义逆方法设计了姿态机动控制器.首先将三轴稳定欠驱动航天器动力学和运动学系统分解为三个子系统,应用微分几何理论将欠驱动航天器子系统转化为逐点线性形式,并设计了欠驱动航天器子系统渐近稳... 详细信息

针对欠驱动刚体航天器机动控制问题,应用广义逆方法设计了姿态机动控制器.首先将三轴稳定欠驱动航天器动力学和运动学系统分解为三个子系统,应用微分几何理论将欠驱动航天器子系统转化为逐点线性形式,并设计了欠驱动航天器子系统渐近稳定控制器,进一步引入了动态尺度广义逆和摄动零控制向量,实现了对另外两轴的控制.设计的广义逆姿态控制器保证了整个系统的渐近稳定性,达到了控制要求.数值仿真实验结果表明了所设计控制律的有效性.

关键词：航天器欠驱动系统姿态机动广义逆方法

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直连式三体绳系卫星姿态鲁棒最优跟踪控制

航空学报 2012年第4期33卷 679-687页

作者：黄静刘刚马广富哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

针对存在参数不确定性以及外部有界干扰的直连式三体旋转绳系卫星系统姿态跟踪控制问题,提出了一种分布式鲁棒最优控制方法。该方法首先针对单体绳系卫星姿态模型,在不考虑参数不确定性和干扰的条件下,应用Ham-ilton-Jacobi-Bellman方... 详细信息

针对存在参数不确定性以及外部有界干扰的直连式三体旋转绳系卫星系统姿态跟踪控制问题,提出了一种分布式鲁棒最优控制方法。该方法首先针对单体绳系卫星姿态模型,在不考虑参数不确定性和干扰的条件下,应用Ham-ilton-Jacobi-Bellman方程设计了最优控制器;接着,考虑到实际系统存在参数不确定性和干扰,采用自适应与鲁棒误差积分方法在线学习参数不确定性和有界干扰,与最优控制器结合设计了鲁棒最优控制器,使闭环系统满足了性能指标达到最小的要求,并应用Lyapunov稳定性定理证明了其闭环系统的渐近稳定性。进一步考虑到绳系卫星系统的运动同步性,将单体绳系卫星姿态控制器设计扩展至直连式三体绳系卫星姿态系统,设计了分布式鲁棒最优控制器。最后在MATLAB/Simulink平台上进行了仿真,验证了方法的可行性与有效性,表明其具有潜在的应用前景。

关键词：绳系卫星姿态控制不确定系统鲁棒控制最优控制

基于实型遗传算法的抽头延迟线滤波器及其在自适应逆控制中的应用

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控制与决策 2002年第6期17卷 876-880页

作者：刘亚秋马广富石忠哈尔滨工业大学控制科学与工程系黑龙江哈尔滨150001

提出一种基于实型遗传算法的抽头延迟线滤波器 (横向滤波器 )设计方法 ,通过对连续空间遗传算法的改进 ,将其运用到动态系统的自适应逆控制中。对象和逆控制器各用一个抽头延迟线滤波器表示 ,用抖动方法给对象建模 ;为使对象模型的逆的... 详细信息

提出一种基于实型遗传算法的抽头延迟线滤波器 (横向滤波器 )设计方法 ,通过对连续空间遗传算法的改进 ,将其运用到动态系统的自适应逆控制中。对象和逆控制器各用一个抽头延迟线滤波器表示 ,用抖动方法给对象建模 ;为使对象模型的逆的自适应过程能及时跟上对象模型的变化而无滞后 ,采用离线过程进行模型参考逆模型的训练。最后给出一个已镇定非最小相位对象的模型及其模型参考逆的仿真结果 ,验证了方法的有效性。

关键词：实型遗传算法抽头延迟线滤波器自适应逆控制应用横向滤波器

基于Legendre伪谱法的卫星轨道转移燃料最优控制

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哈尔滨工业大学学报 2010年第3期42卷 352-357页

作者：梅杰马广富杨博哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

以真近点角为自变量,介绍了形式简单的卫星相对运动动力学模型,给出了和真近点角相匹配的性能指标.利用伪谱法将最优控制问题转化为参数优化问题,以状态转移矩阵为基础给出了仅以初末状态为约束的最优控制律,然后针对线性化模型,给出了... 详细信息

以真近点角为自变量,介绍了形式简单的卫星相对运动动力学模型,给出了和真近点角相匹配的性能指标.利用伪谱法将最优控制问题转化为参数优化问题,以状态转移矩阵为基础给出了仅以初末状态为约束的最优控制律,然后针对线性化模型,给出了以状态方程为约束的最优控制律.设计的控制律均为解析形式,不需要利用NPL算法进行计算.仿真结果表明设计的控制律是有效的.

关键词：燃料最优控制相对轨道转移 Legendre伪谱法椭圆轨道

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应用配点法的太阳帆CRTBP周期轨道设计

哈尔滨工业大学学报 2013年第7期45卷 7-12页

作者：刘刚马广富黄静哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对太阳帆航天器在圆形限制性三体问题(CRTBP)中人工拉格朗日点附近周期轨道的设计问题,首先分析了CRTBP中太阳帆人工拉格朗日点的存在条件和分布,然后针对大多数人工拉格朗日点附近周期轨道信息难以获取的特点,采用高阶全局配点法将... 详细信息

针对太阳帆航天器在圆形限制性三体问题(CRTBP)中人工拉格朗日点附近周期轨道的设计问题,首先分析了CRTBP中太阳帆人工拉格朗日点的存在条件和分布,然后针对大多数人工拉格朗日点附近周期轨道信息难以获取的特点,采用高阶全局配点法将原非线性方程求解问题转化为非线性规划问题,并最终得到周期轨道的近似解.运算结果表明通过该方法可以得到三维空间中人工拉格朗日点附近周期轨道,且对初始猜测值依赖程度不高,为太阳帆在高精度模型中的周期轨道设计奠定了基础.

关键词：太阳帆圆形限制性三体问题周期轨道配点法

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基于模糊模型的混沌时间序列预测

物理学报 2004年第10期53卷 3293-3297页

作者：王宏伟马广富青岛海尔技术中心青岛266101 哈尔滨工业大学控制工程系哈尔滨150001

对于复杂、病态、非线性动态系统 ,基于模糊集合的模糊模型 ,利用模糊推理规则描述动态系统的特性 ,是一种有效方法 .讨论了利用模糊建模方法实现非线性系统的建模和预测 .首先 ,利用在线模糊竞争学习方法划分输入变量的模糊输入空间 ,... 详细信息

对于复杂、病态、非线性动态系统 ,基于模糊集合的模糊模型 ,利用模糊推理规则描述动态系统的特性 ,是一种有效方法 .讨论了利用模糊建模方法实现非线性系统的建模和预测 .首先 ,利用在线模糊竞争学习方法划分输入变量的模糊输入空间 ,然后利用卡尔曼滤波算法估计模糊模型的参数 .采用该方法对Mackey Glass混沌时间序列进行预测试验 ,结果表明利用本方法可以在线或者离线能对Mackey Glass混沌时间序列进行准确预测。

关键词：模糊模型混沌时间序列预测在线模糊推理规则非线性动态系统输入变量非线性系统证明估计模糊集合

带有输入非线性的挠性航天器姿态机动变结构控制

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宇航学报 2006年第4期27卷 630-634页

作者：胡庆雷马广富哈尔滨工业大学航天学院控制科学与工程系哈尔滨150001

针对挠性航天器反作用飞轮输入力矩受限情况下的姿态机动问题,提出了一种仅利用输出信息的变结构输出反馈控制方法。在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,给出了滑模存在条件以及变结构输出反馈控制器设计的方法,并保证闭环系统... 详细信息

针对挠性航天器反作用飞轮输入力矩受限情况下的姿态机动问题,提出了一种仅利用输出信息的变结构输出反馈控制方法。在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,给出了滑模存在条件以及变结构输出反馈控制器设计的方法,并保证闭环系统渐近稳定;另外,为了避免确定不确定性和外干扰界函数上限的困难,又给出了一种自适应变结构输出反馈控制器的设计方法,并基于Lyapunov方法分析了滑动模态的存在性及稳定性。最后,将本文提出的两种控制方法应用于三轴稳定挠性航天器的姿态机动控制,并进行数值仿真研究。仿真结果表明:在反作用飞轮的控制受限条件下,完成姿态机动的同时,使得挠性附件的振动幅值远远小于0.001,有效地抑制挠性附件的振动。

关键词：挠性航天器变结构控制姿态机动非线性输入振动抑制