微纳飞行器群姿态智能协同控制研究

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1、中图分类号：V448论文编号：102871515-S020学科分类号：081105硕士学位论文微纳飞行器群姿态智能协同控制研究研究生姓名朱莎莎学科、专业导航、制导与控制研究方向航天器智能控制指导教师闻新教授南京航空航天大学研究生院航天学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAstronauticsStudyonAttitudeIntelligentCoordinatedControlofMicro-NanoSpacecraftSwa

2、rmAThesisinGuidance,NavigationandControlByZhuShashaAdvisedbyProf.WenXinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料

3、。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要近年来，微纳飞行器群的概念在航天领域得到广泛关注，由于其具有研制周期短，成本花费低，可以进行批量生产和发射等优点，它在复杂探测和空间科学观测任务中具有广阔的应用前景，严峻的任务挑战对整个群系统的姿态提出了较高的要求。因此本文以微纳飞行器群系统为研究背景，重点分析群系统中的各颗卫星以主从模式的编队飞行形式进行空间任务时的姿态协同控制问题。将模糊理论与传统控制方法相

4、结合，设计卫星编队姿态协同智能控制器。主要研究内容包括：（1）针对编队的绝对期望姿态是常值的情况，在不考虑外界干扰的理想情况下，首先设计了PD姿态协同控制器，考虑到合适的PD参数难于调节，在此结构的基础上，设计了基于Mamdani模糊推理法的姿态协同控制器，并进行了数值仿真对比分析。结果表明，模糊控制器的控制性能略优于PD控制器，但是领先效果并不十分明显。考虑到模糊控制器的设计过于依赖人的经验知识，且控制过程欠细腻，其存在一定的弊端。（2）针对编队的绝对期望姿态是时变信号的情况，考虑到卫星的转动惯量和外界干扰存在不确定性因素，采用滑模控制理论设计了姿

5、态协同控制器。为了降低由控制律中的切换项引起的抖振现象，同时不影响系统的鲁棒性，采用双模糊系统对抖振进行抑制。首先构造自适应模糊系统逼近切换控制中的符号函数项，其次运用模糊逻辑规则将整个切换项进行模糊化，双模糊系统的设计有效地削弱了滑模控制中由切换控制项引起的抖振，在消抖的同时保证了系统的强鲁棒性。关键词：微纳飞行器群，主从模式，卫星编队，姿态协同，模糊理论IABSTRACTInrecentyears,theconceptofmicro-nanospacecraftswarmhassuccessfullyattractedattentioninthe

6、astronauticsfield.Sinceitcandramaticallyshortenthedevelopmentcycleandreducethecostofresearch,thesystemcanexploreplacesindeepspacewhereasingleandmonolithspacecraftisimpractical.Themissionchallengeproposeshighdemandofattitudecontroloftheswarm-basedsystem.Underthebackgroundofmicro

7、-nanospacecraftswarm,thisthesisfocusesontheattitudecoordinatedcontrolproblemofspacecraftformationflying(SFF)inleader-followerapproach.Fuzzycontrolmethodiscombinedwiththeclassicalcontroltheorytodesigntheattitudecoordinatedcontrollers,whichmakethecontrollersbemoreintelligent.Them

8、aincontentsofthisdissertationareasfollows:Aimingatthed