毕业论文--3D刚体摆姿态控制器智能优化方法研究

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1、摘要摘要3D刚体摆是地球静止轨道（Geostationaryorbit-GEO）航天器的简化模型，它由一个支撑在固定支点的刚体组成，具有三个旋转自由度。该摆受重力、控制力和力矩的作用。针对3D刚体摆平衡位置处姿态控制问题采用了分层滑模控制方法。滑模变结构与其他控制方法不同之处在于，系统的“结构”不固定，根据系统当前状态，按照预定的“滑动模态”状态轨迹运动[11]。分层滑模控制器将系统状态分成两个子系统分别构造滑动平面，在保证第二层滑动平面渐进稳定条件下，采用Lyapunov方法来确定总控制量，该总控制量含有

2、各个子系统的等效控制分量，从而保证各个子系统分别进入其各自的滑动平面，并沿滑动平面运动[12]。本文运用遗传算法和微粒群算法来优化分层滑模控制器的参数，降低调节时间和功耗，提高和改善控制系统的性能。关键词：3D刚体摆；分层滑模控制器；微粒群算法；遗传算法IAbstractAbstractThe3DrigidpendulumisasimplfiedmodelofGeostationary(GEO)spacecraft.Thependulumconsistsofarigidbody,supportedatafi

3、xedpivot,withthreerotationaldegreesoffreedom.Thependulumisactedonbyagravitationalforceandcontrolforcesandmoments.Hierarchicalslidingmodemethodisadoptedwhenconsideringtheattitudecontrolof3Drigidpendulumatequilibriumposition.Theslidingmodemethodisdifferentfr

4、omothercontrolmethodsinthatthe"structure"ofthesystemisnotfixedanditmovesalongpredeterminedslidingmodestatetrajectoryaccordingtothecurrentstateofthesystem.Thismethoddividesthesystemintotwosubsystems,thenLyapunovmethodsareusedtocomputethetotalamountofcontrol

5、whichcontainstwoequivalentcomponents,henceitcanbeguaranteedthateachsubsystemaccessesintotheirownslidingplaneandmovesalongtheslidingplane.Inthispaper,geneticalgorithmsandparticleswarmalgorithmsareusedtooptimizetheparametersofthehierarchicalslidingmodecontro

6、ller,reducingregulationtimeandpowerconsumption,improvingtheperformanceofcontrolsystems.Keywords:3Drigidpendulum;hierarchicalslidingmodecontrol；geneticalgorithms;particleswarmalgorithmsII目录目录摘要IAbstractII第一章概述11.1本课题研究意义11.23D刚体摆研究现状11.3本论文的主要工作21.4本章小结2第二章

7、3D刚体摆数学模型32.13D刚体摆数学模型概述32.23D刚体摆动力学方程约化42.3本章小结5第三章3D刚体摆的分层滑模控制63.1滑模控制方法概述63.2分层滑模控制器设计63.3本章小结8第四章基于遗传算法的参数优化94.1遗传算法概述94.2确定遗传算法策略114.2.1确定编码方案114.2.2确定适应度函数114.2.4确定遗传操作124.3遗传算法流程134.4遗传算法的参数优化仿真试验及分析14第五章基于微粒群算法的参数优化185.1微粒群算法概述185.2微粒群算法原理205.3确定微粒

8、群算法参数215.3.1确定适应度函数215.3.2确定权重系数215.3.3确定认知系数、社会及其他参数225.4微粒群算法流程225.5微粒群算法参数优化仿真试验及分析22第六章结论与展望276.1结论276.2实验中遇到的问题及解决方法276.3进一步工作的方向28结束语29参考文献30303D刚体摆姿态控制其姿态控制其智能优化方法研究第一章概述1.1本课题研究意义3D刚体摆是地球静止轨道（Geostati