挠性航天器姿态机动的鲁棒控制研究

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1、分类号密级ＵＤＣ＾ｇ南犬学ＮＡＮＪＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ博士学位论文挠性航天器姿态机动的鲁棒控制研究（题名和副题名）钟晨星（作者姓名）指导教师姓名郭毓教授学位类别工学博士学科名称控制科学与工程研究方向航天器姿态控制论文提交时间２０１６年１０月注１：注明《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号。博士学隹沦文換性航天器姿态机动的鲁棒控制研究作者：钟晨星指导教师：郭硫教授南

2、京理工大学２０１６年１０月Ｐｈ．Ｄ．ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＯｎＲｏｂｕｓｔＡｔｔｉｔｕｄｅＭａｎｅｕｖｅｒＣｏｎｔｒｏｌｏｆＦｌｅｘｉｂｌｅＳａｃｅｃｒａｆｔｐＢｙＣｈｅｎｘｉｎｇＺｈｏｎｇＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂＰｒｏｆ．ＹｕＧｕｏｙＮａｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｊｇｙｇｙＪｕｌ２０１６ｙ，声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他

3、人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料一。与我同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。２ｘ．。６研究生签名：ｉＬＡ（年丨月７日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。１２。＆研究生签名丨：针／Ｌ年Ｕ月了日博士学

4、位论文烧性航天器姿态机动的鲁棒控制研究摘要随着航天技术的发展，现代航天任务，如遥感测绘、编队飞行等，对航天器姿态控制系统性能的要求越来越高，要求其具有快速机动快速稳定，并保持高指向精度与稳定度的能力。航天器姿态控制性能不仅取决于姿态控制系统的硬件配置，姿态控制算法的好坏也直接关系到姿态控制性能的优劣。本文结合挠性航天器快速机动快速稳定、以及甚高指向精度的实际需求，针对姿态控制系统中存在的刚挠耦合、干扰力矩、无角速度反馈等问题，研究能实现姿态快速机动快速稳定和甚高控制精度的强鲁棒性姿态

5、控制算法：，主要内容和创新点如下为减小姿态机动对挠性附件振动的激发一，设计了种结合输入成型技术和路径规划的柔化避振过渡过程，可以有效抑制挠性附件振动。针对无角速度反馈情况下的挠性航天器姿态机动控制问题，通过设计扩张状态观测器和具有参数自整定能力的模糊非线性反馈补偿控制律一，提出了种不依赖精确模型的模糊自抗扰姿态控制器。仿真结果表明，所设计的过渡过程和姿态控制器可以实现无角速度反馈情况下的姿态机动控制，并使挠性附件振动得到有效抑制。为实现有扰情况下挠性航天器的鲁棒姿态控制，提出了两种基于滑模控

6、制的鲁棒姿态控制器。首先，设计了基于指数趋近律的滑模姿态控制器，并通过引入反正切函数替代符号函数一，以削弱滑模控制的抖振效应。进步地，考虑干扰和刚挠耦合上界未知的情况一，提出了种不依赖上界信息的自适应鲁棒滑模姿态控制器，采用径向基神经网络对干扰和刚挠耦合效应进行实时估计，，在抑制干扰的同时削弱了抖振仿真结果验证了上述鲁棒控制器的有效性。为满足航天器姿态快速机动快速稳定的控制需求，研究了挠性航天器的有限时间姿态机动控制问题，提出了三种终端滑模有限时间鲁棒姿态控制器。考虑外部干扰和刚挠耦合效

7、应上界已知的情况一，设计了种不连续的快速终端滑模姿态控制器，可以实现航天器姿态控制系统有限时间稳定。在此基础上，考虑上界未知的情况，设计了一种连续自适应快速终端滑模有限时间姿态控制器，在实现对干扰和刚挠耦合效应上一一界自适应估计的同时消除了抖振影响。进步地，为避免控制量奇异，还提出了种快速非奇异终端滑模面，并在此基础上设计了有限时间鲁棒姿态控制器。应用Ｌｙａｐｕｎｏｖ理论证明了上述三种有限时间鲁棒控制器的稳定性，并仿真验证了控制算法的有效性。一干扰为进步提高挠性航天器姿态控制性能，渐近抑制时

8、变，并使挠性振动模态渐近收敛，基于内模原理设计了鲁棒姿态控制器。针对振动抑制问题，通过分析挠性航天器姿态控制系统结构特性，基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ理论设计了状态反馈控制器，可以保Ｉ摘要博士学位论文证挠性模态收敛到零。特别地，该控制器只需要姿态角和角速度测量信息，不需要测量模态振动。考虑时变干扰渐近抑制问题，分