柔性飛行器姿態(tài)魯棒控制方法研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號(hào)：V448.2國際圖書分類號(hào)：629.78工學(xué)博士學(xué)位論文柔性飛行器姿態(tài)魯棒控制方法研究博士研究生：李爭(zhēng)學(xué)導(dǎo)師：王本利教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：飛行器設(shè)計(jì)所在單位：航天學(xué)院答辯日期：2008年9月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展，航天器正向多功能、柔性化、高精度的方向發(fā)展。現(xiàn)代航天器很多都帶有大型柔性附件，附件的振動(dòng)會(huì)對(duì)姿態(tài)造成顯著影響，因此姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮附件振動(dòng)，否則附件振動(dòng)

2、會(huì)顯著降低姿態(tài)控制器性能、甚至使系統(tǒng)失穩(wěn)。然而另一方面，即使考慮了附件振動(dòng)，柔性飛行器控制中的溢出現(xiàn)象也可能會(huì)對(duì)姿態(tài)控制產(chǎn)生嚴(yán)重影響，尤其對(duì)于非線性系統(tǒng)而言，溢出問題更為嚴(yán)重。本論文深入研究了帶柔性附件飛行器的姿態(tài)魯棒控制方法，并解決了柔性飛行器控制中的溢出現(xiàn)象所帶來的問題。論文主要包括以下內(nèi)容：首先，嚴(yán)格證明了在一般情況下姿態(tài)四元數(shù)的矢量部分、角速度、以及二者的線性組合構(gòu)成的新矢量這三者之間存在的漸近穩(wěn)定等價(jià)關(guān)系和終值有界等價(jià)關(guān)系，并

3、首次給出了利用二者的線性組合構(gòu)成的新矢量的界來定量的估計(jì)四元數(shù)的矢量部分和角速度的界的方法。接著，基于上述兩個(gè)等價(jià)關(guān)系，把柔性附件對(duì)本體姿態(tài)的影響力矩視為干擾力矩，在假設(shè)已知該力矩的界函數(shù)的條件下研究了柔性飛行器的本體的魯棒抗干擾姿態(tài)控制問題。首先研究為了抑制干擾控制輸入應(yīng)該具有什么樣的特性，然后針對(duì)姿態(tài)機(jī)動(dòng)、跟蹤問題，以前面的兩個(gè)等價(jià)關(guān)系為依據(jù)分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的魯棒抗干擾姿態(tài)控制器。所設(shè)計(jì)的控制器很適用于帶柔性附件飛行器的姿態(tài)控制。然后

4、，依據(jù)模態(tài)截?cái)嗪蟮挠邢揠A附件振動(dòng)方程，考慮有限階模態(tài)，推導(dǎo)出柔性附件對(duì)飛行器姿態(tài)的影響力矩的一個(gè)界函數(shù)。然后把該界函數(shù)與前面設(shè)計(jì)的姿態(tài)控制器以及附件振動(dòng)控制器相結(jié)合，用于控制帶柔性附件飛行器的姿態(tài)，并抑制附件振動(dòng)，效果明顯。最后，對(duì)與附件振動(dòng)相關(guān)的溢出問題進(jìn)行了重點(diǎn)分析。利用結(jié)構(gòu)參數(shù)的某些有界性質(zhì)，考慮附件無限階模態(tài)，改進(jìn)前面針對(duì)有限階模態(tài)提出的方法，得到柔性附件對(duì)姿態(tài)的影響力矩的界函數(shù)。將該界函數(shù)用于帶柔性附件飛行器的控制，就可以防止