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带有二维转台的航天器姿态控制方法研究

带有二维转台的航天器姿态控制方法研究

作者：孙悦哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,为完成日益复杂的航天任务,单个航天器所携带的有效载荷数量不断增加,因此需要单个航天器具有同时完成多项任务的能力,例如航天器在观测特定目标的同时需要与另一个航天器进行通信。为了能够实现这一目标,星载转台是解决该问题... 详细信息

近年来,为完成日益复杂的航天任务,单个航天器所携带的有效载荷数量不断增加,因此需要单个航天器具有同时完成多项任务的能力,例如航天器在观测特定目标的同时需要与另一个航天器进行通信。为了能够实现这一目标,星载转台是解决该问题的最佳方案。此外航天器所携带的液体燃料、挠性帆板以及空间中的干扰等都会对航天器的实际姿态产生影响。基于此,本文将带有二维转台的航天器作为研究对象,研究其轨控段与在轨多目标跟踪时的姿态控制方法,旨在实现轨控段的快速高精度姿态稳定以及多目标跟踪阶段的转台与转台姿态的受跟踪性能约束的一体化控制。具体研究内容如下:本文首先分析了带有二维转台的航天器姿态运动规律以及任务需求,在此基础上选择了合适的坐标系。分别为轨控段与在轨段建立了刚液柔耦合姿态动力学方程与航天器平台与转台一体化动力学方程,为后文的控制器研究打下基础。考虑航天器变轨发动机在轨控段引起的液体晃动,提出了一种航天器姿态快速稳定的控制算法。针对航天器刚液柔耦合模型提出了预定时间稳定的姿态控制器,考虑了挠性振动和液体晃动所带来的干扰力矩,以及执行机构饱和问题,利用两种不同的方式实现了该控制目标。方法一通过有限时间干扰观测器对航天器受到的广义干扰总和进行估计,利用反步法得到了能够在预定时间之内稳定的姿态控制器。考虑到观测器的收敛时间将影响系统最终的收敛时间。方法二结合滑模控制和自适应理论实现了系统的快速稳定。首先,基于预定时间控制和滑模理论,设计滑模面和控制律,保证系统状态快速到达滑模面,并沿滑模面快速收敛到原点附近。其次,引入自适应律,应对外界干扰。两种方法均通过设计辅助系统处理执行机构饱和的问题。在轨期间,需实现航天器平台与转台分别跟踪不同目标信号,以满足多种任务需求。考虑挠性振动对跟踪姿态精度的影响,针对航天器与转台一体化模型,设计了带有性能约束的一体化姿态控制器。对于航天器平台与转台之间的耦合问题,利用一体化姿态动力学模型,将耦合项进行前馈。为了保证跟踪误差不突破给定的跟踪性能约束函数,提出了一种新型的误差变换方法,将原系统转化成新的无约束系统,并通过反步法为新系统设计了有限时间一体化控制器。在该控制器的作用下,系统的跟踪误差能够收敛到零,并始终满足性能约束函数。进一步考虑到该方法需要进行误差变换,其整个运算过程相对较为复杂,因此,结合滑模控制理论通过变增益的方式设计了一个简洁的有限时间控制器。利用跟踪误差与性能函数边界的距离调整控制增益,使得系统跟踪误差在接近性能函数边界时,受到较大的控制力矩使其远离性能函数边界。此外对于在轨段受到的干扰力矩,两种方法中均通过干扰观测器对其进行估计补偿。

关键词：多体航天器二维转台滑模控制预定时间稳定性能约束

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汽车主动悬架H2/H∞多目标优化控制

西华大学学报（自然科学版） 2019年第5期38卷 30-35页

作者：段建民黄小龙北京工业大学信息学部

为协调主动悬架各项相互冲突的性能,采用基于H2/H∞混合控制进行约束优化,解决半车电液主动悬架系统多目标优化控制问题。选择路面扰动到悬架质量垂直加速度和俯仰角加速的闭环传递函数的H2范数为平顺性指标,路面扰动到悬架动行程、主... 详细信息

为协调主动悬架各项相互冲突的性能,采用基于H2/H∞混合控制进行约束优化,解决半车电液主动悬架系统多目标优化控制问题。选择路面扰动到悬架质量垂直加速度和俯仰角加速的闭环传递函数的H2范数为平顺性指标,路面扰动到悬架动行程、主动控制力和轮胎动位移的闭环传递函数的H∞范数为操纵稳定性指标,选择合理的γ1值,最终求出全状态最优控制律。仿真中假设平整路面上有一个包块,作为路面扰动脉冲输入,将该控制方案与半车被动悬架的时域仿真结果进行对比。结果表明该方案较好地解决了舒适性与操纵稳定性指标之间的矛盾。

关键词：半车主动悬架性能约束多目标优化状态反馈控制 H2/H∞混合控制

基于反演法的严格反馈非线性系统模糊自适应约束控制

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沈阳化工大学学报 2018年第3期32卷 193-198,229页

作者：宗学军吴振强沈阳化工大学信息工程学院辽宁沈阳110142

严格反馈非线性系统控制研究得到各界广泛关注,但实际的非线性特性以及不确定性因素的存在对系统的输出跟踪控制问题具有很大影响.针对输出轨迹跟踪控制问题,提出一种性能约束的自适应反演(backstepping)控制方法,并通过模糊逻辑系统的... 详细信息

严格反馈非线性系统控制研究得到各界广泛关注,但实际的非线性特性以及不确定性因素的存在对系统的输出跟踪控制问题具有很大影响.针对输出轨迹跟踪控制问题,提出一种性能约束的自适应反演(backstepping)控制方法,并通过模糊逻辑系统的万能逼近性能对非线性系统中的不确定性因素进行辨析识别.为保证非线性系统的暂态和稳态性能,设计出具有约束条件的控制器.通过Lyapunov稳定性分析表明,闭环系统中的所有信号都是半全局一致最终有界的.仿真结果验证了性能约束的自适应反演控制方法的可行性.

关键词：严格反馈非线性系统自适应控制反演法模糊逻辑系统性能约束

基于粒子群算法的变电站室内GIS高压配电装置设计

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电力科学与技术学报 2010年第4期25卷 64-70页

作者：丁浩寅邰能灵崔新奇甘建忠范春菊上海交通大学电气工程系上海200240 上海市电力公司超高压输变电公司上海200063

变电站室内GIS高压配电装置设计能够有效减少变电站造价.介绍GIS配电装置设计的基本原则,提出3种GIS设计模型.以正在实施改造的青浦站为研究对象,采用粒子群算法,建立恰当的适应度函数,搜索GIS配电设备的最优布置点,使其在符合基本原则... 详细信息

变电站室内GIS高压配电装置设计能够有效减少变电站造价.介绍GIS配电装置设计的基本原则,提出3种GIS设计模型.以正在实施改造的青浦站为研究对象,采用粒子群算法,建立恰当的适应度函数,搜索GIS配电设备的最优布置点,使其在符合基本原则的前提下,达到节省投资的目的.

关键词：最优布局性能约束粒子群算法 GIS配电装置

基于tan型障碍函数的欠驱动UUV轨迹跟踪控制

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应用科技 2024年

作者：于浩淼任思函大连海事大学船舶电气工程学院

为了实现欠驱动水下无人航行器（unmanned underwater vehicle，UUV）在输入输出受限情况下执行轨迹跟踪控制任务，提出一种基于tan型障碍李亚普洛夫函数（tangential barrier Lyapunov function，TBLF）和预定时间非奇异快速终端滑模（... 详细信息

为了实现欠驱动水下无人航行器（unmanned underwater vehicle，UUV）在输入输出受限情况下执行轨迹跟踪控制任务，提出一种基于tan型障碍李亚普洛夫函数（tangential barrier Lyapunov function，TBLF）和预定时间非奇异快速终端滑模（predetermined time nonsingular fast terminal sliding mode，PTNFTSM）的轨迹跟踪控制策略。首先，引入tan型障碍李雅普诺夫函数，实现性能约束下的跟踪控制，并保证了所有输出误差满足规定的性能指标。然后，引入一种预定时间非奇异快速终端滑模结合tan型障碍李雅普诺夫函数设计UUV运力学控制器，并通过稳定性证明验证控制器的稳定性，使系统可以快速收敛。数值仿真结果表明，本文提出的轨迹跟踪控制方法具有良好的鲁棒性，能够有效地执行欠驱动UUV在输入输出受限约束下轨迹跟踪任务，且保证轨迹跟踪误差始终处于允许误差带内，可以确保其在执行轨迹跟踪任务过程的高效性与安全性。

关键词：欠驱动UUV 轨迹跟踪障碍函数非奇异快速终端滑模预定时间性能约束输入输出受限模型不确定性

汽车主动悬架多目标最优鲁棒控制LMI方法研究

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自动化仪表 2019年第8期40卷 43-48,54页

作者：段建民黄小龙北京工业大学信息学部

车辆行驶的过程中,要求行驶平顺性的垂直加速度和俯仰角加速度、悬架的动行程、车轮和路面间的动位移均较小。然而,这三个评价标准在客观上存在矛盾。为了解决半车电液主动悬架系统多目标优化控制问题、改善车辆乘坐舒适性以及行驶安全... 详细信息

车辆行驶的过程中,要求行驶平顺性的垂直加速度和俯仰角加速度、悬架的动行程、车轮和路面间的动位移均较小。然而,这三个评价标准在客观上存在矛盾。为了解决半车电液主动悬架系统多目标优化控制问题、改善车辆乘坐舒适性以及行驶安全性,采用线性矩阵不等式(LMI)方法进行约束优化,设计鲁棒H ∞最优状态反馈控制器。将汽车主动悬架的控制输出问题归结为鲁棒干扰抑制问题,最小化系统的性能输出,减少垂直加速度和俯仰角加速度。对悬架行程约束和接地性约束,采用Shur引理转化求解有LMI约束的问题,求出全状态最优控制律。仿真中假设平整路面上有一个包块,作为路面扰动脉冲输入。与被动悬架在时域和频域仿真结果对比,该控制方案在舒适性与操纵稳定性方面均得到改进,较好地解决了舒适性与操纵稳定性指标之间的矛盾。

关键词：汽车主动悬架性能约束多目标优化状态反馈控制鲁棒控制残性矩阵不等式路面扰动抑制