挠性航天器稳定pd鲁棒控制的研究

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1、内蒙古工业大学本科毕业设计说明书学校代码：10128学号：7本科毕业设计说明书（题目：挠性航天器稳定PD鲁棒控制的研究学生姓名：学生学号：7学院：电力学院班级：自动化11-2指导教师：二〇一五年六月3内蒙古工业大学本科毕业设计说明书摘要挠性航天器在轨运动中，随着燃料的消耗、挠性的展开与收缩、外部干扰力矩等的作用下造成航天器对象具有很大的不确定性。同时，挠性航天器的中心刚体与挠性附件的强耦合会导致挠性附件的持续振动。因此对挠性航天器的姿态机动及主动振动抑制问题的研究成为了航天器技术研究领域的重点与难点之一。PD鲁棒控制法结

2、构简单、易于实现、可操作性强，不仅可以大大缩短控制系统设计周期，提高控制系统的性能和可靠性，而且控制器的设计不依赖于航天器的转动惯量(模型独立)，对参数的摄动是鲁棒的，因此在工程上具有广阔的应用前景。本设计主要进行挠性航天器的PD鲁棒控制法的研究。其主要研究内容为：了解所设计课题的背景意义及国内外的研究现状。对挠性航天器进行建模，利用混合坐标法描述挠性航天器动力学特征。设计带有鲁棒项的PD控制器，通过对参数的计算与调整实现闭环系统的稳定。运用Matlab知识对所设计的控制器进行仿真模拟，使仿真曲线达到理想的效果。内蒙古工

3、业大学本科毕业设计说明书目录第一章绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状11.3挠性航天器的控制方法21.4挠性航天器研究重点31.5挠性航天器姿态控制存在的问题31.5.1转动惯量的参数不确定性31.5.2干扰力矩的抑制31.5.3挠性模态的振动抑制41.5.4饱和/死区输入非线性5第二章挠性航天器的建模62.1挠性航天器建模方法62.2挠体航天器建模过程72.2.1挠体的描述72.2.2系统动力学模型的建立72.2.3挠体系统模型降阶82.3挠性航天器动力学建模8第三章挠性航天器的PD鲁棒控制法113.1挠

4、性航天器PD鲁棒控制法概述113.2鲁棒性研究113.2.1鲁棒控制方法113.2.2不确定广义系统的鲁棒控制系统设计123.3PD控制器的优点133.4PD鲁棒控制器的设计13第四章挠性航天器PD鲁棒控制的设计与实现164.1仿真结果164.2本章小结19第五章结论与展望205.1结论20内蒙古工业大学本科毕业设计说明书5.2展望20参考文献22附录24内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第一章绪论1.1研究背景及意义随着世界航天科技发展，挠性航天器附件的种类越来越多，结构也变得越来越大，其在轨运动中，随着燃料的消耗以及挠

5、性的展开与收缩，其转动惯量变化很大，由于同时还受到外部扰动力矩的作用，这些总的因素造成了航天器对象具有很大的不确定性。而且，在此过程中，中心刚体与挠性附件之间存在着强烈的耦合，会导致挠性附件的持续振动，从而影响航天器的运动和控制，因此挠性航天器姿态机动及主动振动抑制问题的控制研究日益受到重视，伴随着空间技术的发展，航天器的姿态控制一直是航天器技术领域的热点和难点问题。目前，许多的空间任务（例如对地观测）要求航天器具有良好的姿态控制性能。航天器迅速、准确、稳定的完成空间任务可以增加其使用范围，获得更多有价值的信息。由于航天

6、器姿态跟踪以及姿态机动是一个典型的非线性控制问题，控制器综合难度大。并且挠性航天器上挠性结构的增多也将导致振动问题更加严重。另外，航天器在轨运行期间，将不可避免的会受到各种的环境力矩干扰。同时，航天器的执行部件的安装误差等这些因素造成输出力矩的偏差也会影响姿态的控制精度。传统的航天器的姿态控制方式已经逐渐不能适应更多新型空间任务对控制性能的需求。随着近年来控制理论发展许多非线性控制方法已经被用于设计航天器的姿态控制器，在这种背景下，再从理论研究和工程实践的角度出发，本文对挠性航天器姿态控制、挠性结构主动振动抑制、太阳帆板

7、驱动时的姿态补偿控制等问题进行了深入的探讨。1.2国内外研究现状29内蒙古工业大学本科毕业设计说明书被动控制是当前挠性航天器常用的振动衰减方法，其基本的原理是采用频率的隔离，使控制器的带宽远远低于航天器基频，保证这两者之间的耦合足够小能保证挠性振动对姿态控制器性能影响非常小，并且挠性振动在结构阻尼的作用下逐渐衰减，同时这样做并不会增加控制方法的复杂性并且不会额外的消耗卫星上的能量。伴随着空间技术的影响，被动振动方案不能很好地适应高性能要求，特别是低频挠性模态密集存在的情形发展，特别是对航天器控制精度提出高要求空间任务的出

8、现，改善了航天器的振动环境、降低挠性附件振动，因此，人们继续提高被动振动控制性能的同时，也有进一步寻求新的振动控制方法—主动振动控制。90年代以来,基于现代鲁棒控制理论的发展，对于大型建模不确定性控制问题已在国际上成为一个非常具有挑战性的问题，在地球观测卫星等大型挠性航天器结构系统中，研究运用线性二次高斯联合的回路传