柔性飛行器姿態(tài)魯棒控制方法研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：V448.2國際圖書分類號：629.78工學博士學位論文柔性飛行器姿態(tài)魯棒控制方法研究博士研究生：李爭學導師：王本利教授申請學位：工學博士學科、專業(yè)：飛行器設計所在單位：航天學院答辯日期：2008年9月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要I摘要隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展，航天器正向多功能、柔性化、高精度的方向發(fā)展?，F(xiàn)代航天器很多都帶有大型柔性附件，附件的振動會對姿態(tài)造成顯著影響，因此姿態(tài)控制器設計時必須考慮附件振動，否則附件振動

2、會顯著降低姿態(tài)控制器性能、甚至使系統(tǒng)失穩(wěn)。然而另一方面，即使考慮了附件振動，柔性飛行器控制中的溢出現(xiàn)象也可能會對姿態(tài)控制產(chǎn)生嚴重影響，尤其對于非線性系統(tǒng)而言，溢出問題更為嚴重。本論文深入研究了帶柔性附件飛行器的姿態(tài)魯棒控制方法，并解決了柔性飛行器控制中的溢出現(xiàn)象所帶來的問題。論文主要包括以下內(nèi)容：首先，嚴格證明了在一般情況下姿態(tài)四元數(shù)的矢量部分、角速度、以及二者的線性組合構(gòu)成的新矢量這三者之間存在的漸近穩(wěn)定等價關(guān)系和終值有界等價關(guān)系，并

3、首次給出了利用二者的線性組合構(gòu)成的新矢量的界來定量的估計四元數(shù)的矢量部分和角速度的界的方法。接著，基于上述兩個等價關(guān)系，把柔性附件對本體姿態(tài)的影響力矩視為干擾力矩，在假設已知該力矩的界函數(shù)的條件下研究了柔性飛行器的本體的魯棒抗干擾姿態(tài)控制問題。首先研究為了抑制干擾控制輸入應該具有什么樣的特性，然后針對姿態(tài)機動、跟蹤問題，以前面的兩個等價關(guān)系為依據(jù)分別設計了相應的魯棒抗干擾姿態(tài)控制器。所設計的控制器很適用于帶柔性附件飛行器的姿態(tài)控制。然后

4、，依據(jù)模態(tài)截斷后的有限階附件振動方程，考慮有限階模態(tài)，推導出柔性附件對飛行器姿態(tài)的影響力矩的一個界函數(shù)。然后把該界函數(shù)與前面設計的姿態(tài)控制器以及附件振動控制器相結(jié)合，用于控制帶柔性附件飛行器的姿態(tài)，并抑制附件振動，效果明顯。最后，對與附件振動相關(guān)的溢出問題進行了重點分析。利用結(jié)構(gòu)參數(shù)的某些有界性質(zhì)，考慮附件無限階模態(tài)，改進前面針對有限階模態(tài)提出的方法，得到柔性附件對姿態(tài)的影響力矩的界函數(shù)。將該界函數(shù)用于帶柔性附件飛行器的控制，就可以防止