考虑执行器饱和的卫星编队飞行控制

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1、硕士学位论文考虑执行器饱和的卫星编队飞行控制SATELLITEFORMATIONFLYINGCONTROLWITHACTUATORSATURATION张万宝哈尔滨工业大学2015年6月哈尔滨工业大学工程硕士学位论文国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.5.012密级：公开工程硕士学位论文考虑执行器饱和的卫星编队飞行控制硕士研究生：张万宝导师：周彬教授申请学位：工程硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学

2、工程硕士学位论文ClassifiedIndex:TP271.3U.D.C:681.5.012DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSATELLITEFORMATIONFLYINGCONTROLWITHACTUATORSATURATIONCandidate：ZhangWanbaoSupervisor：Prof.ZhouBinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScien

3、ceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要由于航天技术是衡量一个国家科技、研发和经济实力的重要标志，因此许多国家对卫星编队技术越来越重视。卫星属于一种物理设备，它只能提供有限的控制性能，也就是一定存在着执行器饱和的情况。如果系统工作在饱和区，那么就可能造成整

4、个系统闭环不稳定。本文就是要考虑执行器饱和情况下的卫星编队控制问题。首先，根据牛顿定律建立数学模型，在本文中不考虑各种外力对卫星编队系统的影响。由于参考星与环绕星的距离远远小于参考星与地球球心的距离，于是对模型进行了线性化处理，得到的方程称之为C-W方程。这种模型的优点使得数学表达式简单明了，可以很方便地进行理论分析和控制器的设计。然后，为了保障卫星在无输入的条件下能够在一个二维平面上做周期的圆形轨迹运动，论文给出了卫星编队系统的初始条件选择方式。最后，我们进行了Matlab仿真，验证了只有按照给出的

5、条件进行初始状态的选择才能保障卫星轨道是圆形轨迹。其次，考虑执行器饱和的卫星编队控制问题实质上就是一致性问题。为了使跟随星与主星达到半全局一致状态，我们进行状态反馈控制器的设计。但是，我们很难对原系统直接进行设计，因此先对原问题进行转化。于是，通过选取新的状态变量把一致性问题转化为镇定性问题，从而方便进行半全局状态反馈控制律的设计。本文设计控制器的思想是通过低增益反馈的方法使具有执行器饱和的卫星编队系统只工作在线性区。通过这样的控制器设计方法，就消除了饱和非线性对系统的影响。最后，我们给出了大量的仿真

6、。由仿真曲线可以得出，本文所设计的状态反馈控制器能够使具有执行器饱和的卫星编队系统达到一致状态。仿真结果还表明某个设计参数越大，系统的收敛速度就越快，即动态性能就越强。关键词：卫星编队；饱和非线性；状态反馈；半全局镇定；一致性I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAerospacescienceisameasureofacountry'scomprehensivenationalstrength,sosatelliteformationtechnologyhasbeenattractedat

7、tentionbymanycountriesrecently.Satellitebelongingtoaphysicaldevice,anditcanonlyprovidelimitedcontrolperformance,namely,itcanoccuractuatorsaturation.Ifthesystemisoperatinginthesaturationregion,thenitmayleadtoinstabilityoftheclosed-loopsystem.Thus,thispap

8、eristosolvetheproblemofsatelliteformationflyingcontrolwithactuatorsaturation.Firstly,accordingtokinematicknowledge,wecanbuildamathematicalmodel.Weignorevariousperturbationwhicheffectsonsatelliteformationsystem.Sincethedistancebet