航天器姿态模糊pd+控制算法研究

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1、航天器姿态模糊PD+控制算法研究钟丽2015年1月中图分类号：TM351UDC分类号：621.3航天器姿态模糊PD+控制算法研究作者姓名钟丽学院名称自动化学院指导教师陈振副教授答辩委员会主席刘向东教授申请学位工学硕士学科专业电气工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月北京理工大学硕士学位论文摘要航天器的姿态控制系统具有强非线性、强耦合性的特点，为了满足空间任务对姿态控制系统的控制精度和控制性能方面提出的要求，本文航天器姿态机动/跟踪的非线性PD+及滑模控制研究，对实际工程中常用的刚体航天器定常PD+姿态控制律进行改进，将其和模糊控制，自适应控制，滑模变结构控制

2、相结合，设计了三种改进的PD+姿态控制律。首先将模糊控制和传统的PD+控制技术相结合，并在此基础上设计了针对航天器*姿态控制问题的模糊PD+姿态控制律，实现PD+姿态控制律的比例增益k和微分增益p*k由模糊逻辑系统根据实时的姿态误差在线整定。d然后将传统PD+控制方法和自适应模糊控制方法相结合设计了自适应模糊PD+姿态控制律，使得姿态控制系统兼顾了系统响应速度和执行器饱和的问题，同时系统的鲁棒性也有所提高。自适应模糊PD+姿态控制律的设计是基于Lyapunov稳定性定理设计的，从理论上保证了系统的稳定性。同时，利用遗传算法对自适应模糊PD+姿态控制律的参数进行优化，避免执行

3、器饱和并实现较快的响应速度。最后针对PD+控制律鲁棒性不强的问题，设计了基于自适应模糊PD+姿态控制律模型参考自适应积分滑模控制方法。首先在不考虑不确定性和外界扰动的影响的情况下定常PD+控制算法，实现标称模型期望姿态的重定向。然后设计滑模控制律，使得实际系统在外界干扰和不确定性的影响下，实现对参考模型的精确跟踪。将模糊自适应和积分滑模相结合，一方面实现了PD+增益的在线调节，另一方面也保证了系统状态始终保持在滑模面上，实现全局滑模，同时还利用Lyapunov稳定性定理对系统的稳定性进行了分析。最后对这三种控制策略给出了数值仿真，通过仿真结果分析了它们的优势。关键词：PD+

4、姿态控制律；模糊控制；自适应控制；积分滑模控制；模型参考I北京理工大学硕士学位论文AbstractTheattitudecontrolsystemofspacecraftpresentsthecharacteristicsofstrongnonlinearandstrongcoupling.Tomeettherequirementofcontrolaccuracyandcontrolperformanceformodernspacemission,nonlinearPD+isinvestigatedforspacecraftattitudemaneuver.Thispape

5、rmodifiedcommonlyusedconstantPD+attitudecontrollerandthreemodifiedPD+controllersaredevelopedbyintegratingfuzzycontrol,adaptivecontrolandslidingmodecontrolwiththeconstantPD+attitudecontrollerFirstly,fuzzycontrolisadoptedtomodifytheconstantPD+attitudecontrollerandafuzzyPD+controllerispropose

6、dfortheattitudemaneuverofspacecraft.ThefuzzyPD+controlleradjuststhegainsofPD+controlleronlineaccordingtotheattitudeerrorsandangularvelocityerrorsduringthemaneuverprocedure.Then,adaptivefuzzycontrolisadoptedtomodifytheconstantPD+attitudecontrollerandanadaptivefuzzyPD+controllerisproposedfor

7、theattitudemaneuverofspacecraft.WiththeadaptivefuzzyPD+controller,theavoidanceofactuatorsaturation,quickresponseandrobustnesscanbeachievedsimultaneously.TheadaptationmechanismoftheadaptivefuzzyPD+controllerisdesignedbasedonLyapunovtheorytoguaranteethestability