驱动航天器姿态的控制系统优化设计.pdf

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1、第33卷第7期计算机仿真2016年7月文章编号：1006—9348(2016)07—0099—05驱动航天器姿态的控制系统优化设计刘朝阳，范国超，贾阳阳，许承东(北京理工大学宇航学院，北京100081)摘要：为使欠驱动刚体航天器由于缺少沿某一轴向的控制输入，而仍能从任意初始姿态完成调节镇定的目标，需要解决姿态系统角速度耦合控制的难题。针对欠驱动航天器姿态角和受耦合控制的角速度难以同时收敛的问题，利用Hopfield神经网络的状态能够自动收敛的特性，引入姿态角作为网络状态，提出了通过优化Hopfield神经网络结构参数来改变网络输出的收敛规律的方法。实现了期

2、望的动力学与运动学系统的同步镇定，并得到其相应控制量。最后利用Lyapunov稳定性理论分析并证明了Hopfield能量函数的全局收敛性。改变网络输出方法不依赖于具体的控制律，具有一定程度上的通用性。仿真结果证明了改变网络输出方法对于欠驱动航天器姿态控制是可行的。关键词：神经网络；欠驱动航天器；姿态镇定；全局渐近稳定中图分类号：V488．2文献标识码：BAOptimalDesignforControlSystemoftheAttitudeofanUnderactuatedSpacecraftLIUZhao-yang，FanGuo-chao，JiaYang-

3、yang，XUCheng-dong(SchoolofAstronautics，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China)ABSTRACT：Inordertoregulatetheattitudeanglefromanyinitialvalues，theproblemofcoupledcontrolwithangu-larrateforattitudeanglesystemneedstobeovercomeforanunderaetuatedrigidspacecraftresultsfromthela

4、ckofcontrolinputincertainaxis．Concerningabouttheproblemthatattitudeangleand锄gLIlarrateofcoupledcontrolaredifficulttosimultaneouslyconvergeforunderactuatedspacecraftattitudeanglesystem，anoptimalattitudecontrolmethodfortheunderactuatedspacecraftispresented．Thestabilizationofdynamica

5、ndkinematicssystemCanbea．chievedsynchronouslyasexpectedthroughoptimizingtheparametersofthenettoaltertheconvergentlawoftheout-putofthenetbasedonthetraitofautonomousconvergenceofHopfieldneuralnetwork’sstates，anditscontrolvalueisobtained，whichintroducestheattitudeanglevaluesasthestat

6、esofthenet．Finally，theglobalconvergenceofHopfieldenergyfunctionisanalyzedanddemonstratedbyLyapunovstabilitytheory．Themethoddoesnotdependonanyspecificcontrollaw，withacertaindegreeofversatility．Thenumericalsimulationresultsshowthatthemethodisfeasibletocontroltheattitudeofunderactuat

7、edspacecraft．KEYWORDS：Neuralnetwork；Underactuatedspacecraft；Attitudestabilization；Globalasymptoticstability1引言欠驱动航天器是指独立的控制输入维数小于其自由度的航天器。该型系统研究的初期目的，主要考虑的是航天器姿态的执行机构可能出现的硬件故障问题。而近些年来的研究则带有更多的主动性，对于一些中小型航天器而言，若欠驱动航天器姿态能够得到有效控制，则不仅不需要执行机构的冗余配置，而且还能在质量、体积、能源与经济性方面有所优化，最终减少系统的驱动装置、增加

8、系统的灵巧性。因基金项目：国家自然科学基金(41304031)收稿