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无角速度测量的受扰挠性航天器姿态稳定控制

宇航学报 2009年第3期30卷 1011-1016页

作者：蔡建王芳张洪华北京控制工程研究所北京100190 空间智能控制技术国家级重点实验室北京100190

研究了无角速度测量信息挠性航天器在受到正弦干扰作用下的姿态渐近稳定控制问题。针对挠性航天器,为解决陀螺故障或无陀螺配置情形下无角速度测量的姿态控制问题,同时抑制正弦干扰影响,基于无源性方法和内模原理设计了仅依赖姿态测量... 详细信息

研究了无角速度测量信息挠性航天器在受到正弦干扰作用下的姿态渐近稳定控制问题。针对挠性航天器,为解决陀螺故障或无陀螺配置情形下无角速度测量的姿态控制问题,同时抑制正弦干扰影响,基于无源性方法和内模原理设计了仅依赖姿态测量的动态控制器,利用Lyapunov方法和LaSalle不变原理证明了无扰闭环系统的全局渐近稳定性,并对受扰系统进行了稳态分析,得出了稳定结论。数学仿真表现出所设计的控制律能较好的抑制干扰影响,渐近稳定受扰系统,验证了控制律的有效性。

关键词：挠性航天器无角速度测量无源性内模原理正弦干扰

无角速度测量和饱和输入条件下航天器编队姿态有限时间跟踪控制

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航空兵器 2020年第4期27卷 39-44页

作者：关启学代京王伟光姜月秋沈阳理工大学信息科学与工程学院沈阳110159 中国运载火箭技术研究院北京100076 火箭军工程大学西安710025

针对无角速度测量和饱和输入条件下航天器编队姿态跟踪控制问题,提出一种基于滑模面的有限时间协同控制协议。通过数学转换将未知饱和输入的影响与外部扰动相结合为总扰动,基于航天器的姿态信息,通过所设计的有限时间非线性观测器在线... 详细信息

针对无角速度测量和饱和输入条件下航天器编队姿态跟踪控制问题,提出一种基于滑模面的有限时间协同控制协议。通过数学转换将未知饱和输入的影响与外部扰动相结合为总扰动,基于航天器的姿态信息,通过所设计的有限时间非线性观测器在线估计未知总扰动,应用所提出的滑模控制协议,实现各航天器姿态跟踪误差的有限时间收敛。数值仿真验证了所提滑模控制协议的有效性。

关键词：飞行器编队无角速度测量饱和输入有限时间观测器滑模控制

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随机时延下无角速度测量的无人机姿态同步

南京邮电大学学报（自然科学版） 2019年第1期39卷 102-110页

作者：乔滟樊春霞南京邮电大学自动化学院江苏南京210023

文中考虑信息传输时延随机发生的情况,采用Bernoulli随机分布描述时延的随机发生,提出了无角速度测量下无人机的姿态同步设计方案。考虑不用角速度作为反馈量,使用基于虚拟系统的方法进行处理,为群中每个无人机设计一个虚拟系统,为各个... 详细信息

文中考虑信息传输时延随机发生的情况,采用Bernoulli随机分布描述时延的随机发生,提出了无角速度测量下无人机的姿态同步设计方案。考虑不用角速度作为反馈量,使用基于虚拟系统的方法进行处理,为群中每个无人机设计一个虚拟系统,为各个无人机生成一个中间姿态参考轨迹,将无人机与之相关联,设计控制输入,使得各个无人机跟踪其相应的虚拟系统,同时所有虚拟系统同步它们的姿态。在固定且无向的通信拓扑下,仿真结果显示在不同时延概率下实现了无人机在无角速度测量下的无主式和主从式姿态同步。

关键词：姿态同步随机时延无角速度测量虚拟系统

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微小型航天器无角速度测量姿态控制

计算机仿真 2013年第7期30卷 46-48,74页

作者：龚宜刘莹莹周军西北工业大学精确制导与控制研究所陕西西安710068

研究微小型航天器姿态跟踪在角速度不可测量以及控制力矩受限情况下的的控制方法。首先基于无源性原理,仪依赖姿态测量,建立一个类似PD控制的方法。为了让初始状态和角度误差始终在合理的控制范围内,对误差函数加入跳变规则,从而获得一... 详细信息

研究微小型航天器姿态跟踪在角速度不可测量以及控制力矩受限情况下的的控制方法。首先基于无源性原理,仪依赖姿态测量,建立一个类似PD控制的方法。为了让初始状态和角度误差始终在合理的控制范围内,对误差函数加入跳变规则,从而获得一种混合控制方法;然后利用Lyapunov原理证明了闭环系统的全局渐进稳定性;最后通过仿真与已有方法进行比较研究,验证了控制方法的有效性,即使初始速度估计误差和初始角度误差很大,依然可以控制。

关键词：四元数无角速度测量姿态控制控制力矩受限

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挠性航天器无角速度测量的姿态控制器设计

挠性航天器无角速度测量的姿态控制器设计

作者：丁清澍哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着空间科学技术的快速发展,为满足日益复杂的任务要求,越来越多的航天器上开始配备有大型挠性附件结构。挠性航天器在其在轨运行过程中,受到角速度测量部件发生故障、外部环境干扰以及执行机构故障等因素的影响,在设计姿态控制器时需... 详细信息

随着空间科学技术的快速发展,为满足日益复杂的任务要求,越来越多的航天器上开始配备有大型挠性附件结构。挠性航天器在其在轨运行过程中,受到角速度测量部件发生故障、外部环境干扰以及执行机构故障等因素的影响,在设计姿态控制器时需要考虑存在角速度不可测量、挠性模态变量不可测量、受到外部干扰以及执行机构发生故障的问题。本论文以挠性航天器为研究对象,针对挠性航天器在轨运行时的姿态控制问题,主要做了以下几个方面的研究:研究挠性航天器在模态可测与不可测两种情形下的姿态控制问题,基于无源性方法设计了两种无角速度测量的姿态控制器以确保闭环系统的渐近稳定性。一种是在模态变量可测情形下的部分状态反馈控制器,另一种是在模态变量不可测情形下的基于观测器的状态反馈控制器。通过仿真算例分别验证了两种姿态控制器的有效性。针对受扰的挠性航天器系统在模态可测与不可测两种情形下的姿态控制问题,基于无源性方法和内模原理,设计两种不依赖于角速度信息的干扰内模控制器去抑制外部干扰的影响,确保闭环系统为最终一致有界稳定的。在模态可测的情况下,设计了部分状态反馈的干扰内模控制器,而在模态不可测的情况下,设计了基于观测器的干扰内模控制器。仿真算例表明两种类型的姿态控制器均能有效抑制外部干扰的影响。针对挠性航天器的执行机构发生部分有效性损失及加性故障的问题,通过引入一阶微分滤波器,设计一种仅需姿态测量信息的非线性比例积分控制器,结合无角速度幅值测量的容错控制方法构成姿态容错控制器去消除执行机构的故障对系统的影响,实现挠性航天器无角速度幅值测量的姿态稳定容错控制。仿真结果表明,加入容错控制后能够有效消除执行机构故障对系统的影响,验证了容错控制器的有效性。

关键词：挠性航天器无角速度测量无源性内模原理容错控制器

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基于MRP的航天器无角速度姿态控制算法

上海航天 2013年第2期30卷 13-16,21页

作者：陆智俊吴敬玉上海航天控制技术研究所上海200233

对适于不携带惯组的小型航天器的姿态控制律设计进行了研究。考虑航天器实际运行中饱和广泛存在,在控制器设计中引入饱和特性函数,为改进饱和阀限引入双曲余弦函数。用一阶无源滤波器对姿态参数进行差分,提出了基于修正罗德里格参数(MRP... 详细信息

对适于不携带惯组的小型航天器的姿态控制律设计进行了研究。考虑航天器实际运行中饱和广泛存在,在控制器设计中引入饱和特性函数,为改进饱和阀限引入双曲余弦函数。用一阶无源滤波器对姿态参数进行差分,提出了基于修正罗德里格参数(MRP)的采用饱和函数和双曲余弦函数的无角速度控制律。理论分析证明了系统的稳定性,数学仿真结果验证了这两种无角速度反馈控制律的有效性。提出的控制方法也可作为普通航天器惯组失效时的备份控制律。

关键词：卫星姿态控制无角速度测量无源滤波器修正罗德里格参数

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基于四元数的航天器姿态非线性控制器

信息与控制 2012年第2期41卷 170-173,179页

作者：祝乔汪旭东崔家瑞北京科技大学自动化学院北京100083 北京科技大学钢铁流程先进控制教育部重点实验室北京100083 北京控制工程研究所北京100190

针对由四元数描述的航天器姿态控制系统进行了非线性反馈控制器设计.首先,得到一类含角速度测量的反馈控制律.该控制律不仅可以保证闭环系统是全局渐近稳定的,而且保证了2个期望的平衡位置都是稳定的.然后,利用基于四元数的滤波器取代... 详细信息

针对由四元数描述的航天器姿态控制系统进行了非线性反馈控制器设计.首先,得到一类含角速度测量的反馈控制律.该控制律不仅可以保证闭环系统是全局渐近稳定的,而且保证了2个期望的平衡位置都是稳定的.然后,利用基于四元数的滤波器取代角速度测量,得到一类无需角速度测量的反馈控制律.该控制律同样保证了闭环系统的全局渐近稳定性和2个稳定的期望平衡位置.值得注意的是,2个稳定的期望平衡位置,将促使由任意初始姿态出发的轨迹都就近收敛至任意期望平衡位置.最后,数值仿真展示了所得反馈控制律的优势.

关键词：航天器姿态控制四元数非线性反馈控制无角速度测量

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多个刚体姿态同步的输出反馈控制

多个刚体姿态同步的输出反馈控制

作者：陈珊杰中国科学技术大学

学位级别：硕士

本文主要讨论刚体姿态同步的输出反馈控制问题,即考虑在间接姿态信息,或者没有角速度信息下的姿态同步控制。首先,回顾了刚体的运动方程和一般的姿态跟踪方案,构造了新的李亚普诺夫函数和对应的控制律,使得该李亚普诺夫函数的时... 详细信息

本文主要讨论刚体姿态同步的输出反馈控制问题,即考虑在间接姿态信息,或者没有角速度信息下的姿态同步控制。首先,回顾了刚体的运动方程和一般的姿态跟踪方案,构造了新的李亚普诺夫函数和对应的控制律,使得该李亚普诺夫函数的时间导数出现含有姿态跟踪误差的范数平方的负项,不仅使得稳定性分析变得极其简单,而且对第3章的间接姿态信息下的姿态同步具有极其重要的作用。介绍了姿态同步的信息通信拓扑,同步任务的类型和一般姿态同步控制的全状态反馈方案。接着,作者根据当前文献中提到的在间接姿态信息下单个刚体的姿态估计和跟踪控制的某种“分离性质”,第一次提出了在间接姿态信息下的多个刚体的姿态同步问题。由于该文献的现成方案不便于直接推广到多个刚体同步上,作者根据第2章提出的新的李亚普诺夫函数和相应的控制律,重新设计了姿态跟踪控制律,使得直接加入额外的同步项就可以达到姿态和角速度跟踪误差的全局渐近稳定和姿态同步。然后,考虑无角速度信息下的姿态同步问题。作者的思路是将姿态调节和同步控制复合问题的现有方案推广到姿态跟踪和同步控制复合问题上,而现有文献处理此类问题是构造了一个新的动态系统,方法上完全不同。本文提出了一个简单的关于控制增益的条件,保证了闭环系统的全局渐近稳定性。另外,本文第2章和第4章还对相关的控制算法进行了饱和控制的处理,使得控制力矩的最大值限制在容许的范围内。仿真部分充分利用了Simulink中航空模块（Aerospace Blockset）和S-函数,极大地简化了仿真模块搭建;检验了大部分提出的单个刚体姿态跟踪和多个刚体姿态同步的控制算法。仿真结果不仅检验了提出的控制算法的有效性,而且还比较了相同任务下不同方案的效果。

关键词：刚体姿态同步多自主体趋同通信拓扑严格李亚普诺夫函数间接姿态信息无角速度测量

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基于四元数的3D刚体摆姿态非线性控制

基于四元数的3D刚体摆姿态非线性控制