试议控制过驱动航天器姿态制约分配结论

论文导读：天器精确可靠的姿态稳定，是当今航天领域一个非常重要的探讨课题。航天器姿态动力学是强非线性、强耦合的，且时刻受到参数不确定性和各种外太空干扰力矩的影响；此外，由于自身机械结构安装偏差以及长期在轨操作等导致的执行机构不确定性将会对制约系统的设计精度和性能造成更大的困难，尤其是在同时考虑以上多种因素的情况下。本
摘要：保持在轨航天器精确可靠的姿态稳定，是当今航天领域一个非常重要的探讨课题。航天器姿态动力学是强非线性、强耦合的，且时刻受到参数不确定性和各种外太空干扰力矩的影响；此外，由于自身机械结构安装偏差以及长期在轨操作等导致的执行机构不确定性将会对制约系统的设计精度和性能造成更大的困难，尤其是在同时考虑以上多种因素的情况下。本论文以过驱动航天器姿态制约分配技术为课题展开探讨，首先针对有着参数不确定性和外干扰的刚体航天器进行伪制约律设计，继而重点探讨制约分配算法将伪制约指令合理的分配到各个执行机构，并考虑其约束条件和不确定性，以期获得更好的制约性能。针对转动惯量未知的航天器姿态制约系统，设计了一种基于反步法的鲁棒自适应制约律作为伪制约律；继而考虑到作为执行机构的反作用飞轮有着冗余特性，提出了一种基于最优二次规划的动态制约分配算法来实现期望指令到冗余飞轮的指令分配，克服传统伪逆法难以考虑飞轮动态特性、最大力矩等物理约束，并能有效的抑制姿态敏感器的测量噪声和测量异常值，可实现制约力矩的光滑平稳性。为了进一步解决有着执行机构安装偏差的航天器姿态制约不足，提出了一类基于自适应反步法的鲁棒滑模制约器设计对策，在实现快速高精度姿态制约的同时，能有效地避开因执行机构安装偏差而引起的不确定性可能导致的奇异值现象。在此基础上，利用对执行机构安装偏差的自适应估计，提出了一种基于能量最优约束二次规划的动态制约分配算法来完成期望指令到执行机构的指令分配，不仅克服了传统伪逆法难以考虑的制约力矩位置和速度约束，而且减少了系统功耗，实现了分配后制约力矩的平稳性和系统能量最优。最后，将提出的制约系统案例运用于某型轮控刚体航天器的姿态稳定任务中，数值仿真结果验证了案例的可行性、有效性及其优越性。关键词：航天器论文制约分配论文反步法论文滑模制约论文安装偏差论文
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Abstract6-9
第一章 绪论9-22

1.1 课题来源及探讨的背景与作用9-11

1.1 课题的来源9

1.2 课题探讨的背景及作用9-11

1.2 国内外探讨近况浅析11-20

1.2.1 航天器姿态制约策略11-15

1.2.2 制约分配策略15-20

1.3 本论文的主要内容及章节安排20-22

第二章 刚体航天器数学模型与基础知识22-33

2.1 引言22

2.2 参考坐标系22-23

2.3 刚体航天器的运动学模型23-27

2.3.1 欧拉角描述策略23-25

2.3.2 四元数描述策略25-26

2.3.3 修正的罗德里格参数描述策略26-27

2.4 刚体航天器的动力学模型27

2.5 相关制约论述基础27-32

2.5.1 Lyapunov 稳定性论述基础27-29

2.5.2 反步法设计基础29-31

2.5.3 滑模变结构制约基础31

2.5.4 二次规划算法基础31-32

2.6 本章小结32-33

第三章 基于反步法的过驱动航天器姿态稳定与动态制约分配33-51

3.1 引言33-34

3.2 航天器数学模型建立34-35

3.3 姿态制约系统设计35-41

3.1 基于反步法的自适应制约器设计36-38

3.2 基于伪逆法的制约分配38

3.3 基于二次规划的动态制约分配算法 138-39

3.4 基于二次规划的动态制约分配算法 239-41

3.4 仿真结果与浅析41-50

3.4.1 不考虑制约力矩饱和的正常方式下姿态稳定42-44

3.4.2 考虑制约力矩饱和的姿态稳定44-50

3.5 本章小结50-51

第四章 考虑执行器安装偏差的航天器姿态制约分配51-73

4.1 引言51-52

4.2 航天器数学模型的建立52-53

4.3 姿态制约系统设计53-64

4.

3.1 基于自适应反步法的滑模制约器设计53-57

4.

3.2 有着奇异值的自适应制约器设计57-59

4.

3.3 基于能量最优约束二次规划的动态制约分配59-64

4.4 仿真结果与浅析64-72

4.1 制约系统性能浅析64-69

4.2 制约系统能量浅析69-71

4.3 三种案例仿真结果比较71-72

4.5 本章小结72-73

结论73-7论文导读：4致谢74-76参考文献76-84攻读学位期间发表的学术论文及其他成果84-861已发表或录用或在审的学术论文84-852主要参与的科研项目85-86个人介绍86上一页12
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致谢74-76
参考文献76-84
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果84-86
1 已发表或录用或在审的学术论文84-85
2 主要参与的科研项目85-86
个人介绍86