基于H∞鲁棒控制的挠性卫星姿态控制

针对存在未建模动态、模型参数不确定性和外力矩扰动的挠性卫星，通过选择合适的加权函数将挠性卫星姿态控制问题转化为H∞混合灵敏度问题。采用H∞优化方法设计了鲁棒控制器。最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究，结果表明采用鲁棒控制器的姿控系统较传统的PID控制的姿控系统具有更好的鲁棒稳定性和抗干扰性能。     

基于MRPs的卫星集群系统姿态对抗一致性控制

小型卫星集群协同控制是当前空间技术发展的热点之一, 卫星集群控制可归结为多智能体控制问题。面向卫星集群系统的分组姿态控制, 引入一致性以及对抗一致性问题, 提出了卫星系统姿态对抗一致性控制方法。卫星组网系统姿态对抗一致性控制目标是使卫星分组达到姿态对称的状态。以无向图描述姿态对抗卫星集群的通讯拓扑结构, 利用修正型罗德里格斯参数方法描述卫星刚体运动姿态, 设计了一种基于多智能体协同控制理论的三维空间卫星集群姿态对抗一致性控制律, 并采用Lyapunov稳定性理论证明了其稳定性。最后, 通过仿真实验验证了所提方法的有效性。     

基于最优切换的挠性卫星的姿态控制

在切换系统最优控制的框架下,讨论了挠性卫星的姿态控制问题。首先,根据挠性卫星姿态调整的运动模型,同时考虑两种执行机构的控制作用,将卫星的姿态控制问题转化为一种切换控制问题,并在能量最小性能指标下讨论其最优控制问题。其次,基于粒子群优化算法和Powell算法给出了求解最优切换时间问题的完整优化算法。最后,以3阶挠性卫星系统为例,给出了具体仿真算例,验证了所提算法的有效性。     

仿鸟扑翼飞行器的时变反馈镇定

针对仿鸟扑翼飞行器的欠驱动特性,提出了一种简化其飞行控制问题并实现其局部渐进稳定的控制方法.首先分析仿鸟扑翼飞行器的动力学和运动学模型,证明其控制问题等价于升力、推力、俯仰力矩和横滚力矩独立可控情况下的姿态控制问题;进一步分析的结果表明,仿鸟扑翼飞行器的升力、推力、横滚力矩和俯仰力矩都是独立可控的,因此可将其控制问题等价为两控制器刚体的姿态控制问题.通过设计光滑时变反馈控制律实现对姿态控制的局部渐进稳定,从而解决扑翼飞行器的飞行控制问题.     

带有可伸缩挠性附件航天器的姿态控制

根据特征模型的参数推算了系统实时的转动惯量,设计了基于转动惯量的黄金分割自适应控制器和逻辑微分控制器,将这两种控制器相结合对带有可伸缩挠性附件的刚体进行姿态控制,仿真结果与基于确知系统模型所设计的变系数PD控制器相比较,表明了该自适应方法控制一类时变系统的有效性.基于特征模型的自适应方法不需要知道系统具体的模型,具有很强的鲁棒性能,因此这种方法具有很重要的实际应用价值.     

高速再入飞行器的鲁棒自动驾驶仪设计

针对高速再入飞行器的自动驾驶仪设计问题,基于鲁棒参数化方法,采用特征结构配置和模型参考跟踪理论设计BTT飞行器姿态控制系统的鲁棒控制器,完成对于制导信号的快速跟踪。本设计的鲁棒镇定器是一个不随滚动角速度变化也无需切换的定常反馈镇定律,结构简单,便于工程实现。通过分析高速再入飞行器的特点,给出了简单可行的控制方案。将所设计的控制器应用于飞行器非线性模型进行了六自由度仿真试验。仿真时考虑了系统执行机构的时滞和饱和特性。仿真结果验证了所设计的控制器的有效性。     

基于开关执行器的空间飞行器大角度姿态控制

针对空间飞行器姿态控制系统采用开关式姿控发动机的特点，研究了空间飞行器大角度机动三通道耦合姿态控制问题。为克服大角度机动时使用欧拉角可能产生的奇异问题，采用四元数描述的空间飞行器姿态运动数学模型，应用Lyapunov方法设计了控制量受限情况下的基于误差四元数的大角度姿态运动变结构控制器，并给出了严格的数学证明。为了避免控制律中的颤动问题，用边界层来代替控制律中符号函数。给出了从一种静态到另外一种静态的姿态跟踪四元数指令确定方法。数值仿真结果说明了所提出的控制器的有效性。     

基于二阶滑模的刚体航天器姿态跟踪控制

针对存在参数不确定性和外加干扰的刚体航天器的姿态跟踪控制问题,提出一种基于二阶滑模的姿态跟踪控制方法。首先介绍高阶滑模控制基本原理,并建立基于修正罗德里格参数(modified Rodrigues parameter, MRP)描述的航天器数学模型,采用李雅普诺夫第二法推导二阶滑模姿态控制律。理论分析和仿真结果表明该方法能够有效消除系统抖振,并实现航天器姿态跟踪的精确定位,且系统具有全局稳定性和鲁棒性。     

扑翼微型飞行器自适应鲁棒姿态控制

给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种自适应鲁棒控制的新方法。飞行过程的复杂性使得姿态控制器的设计极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、不确定性、多变量参数耦合以及各种干扰。由于自适应鲁棒控制不依赖系统的精确数学模型,所以将系统分为名义模型、结构不确定性和非结构不确定性,对其分别设计直接反馈控制器、自适应控制器和鲁棒控制器,并用李亚普诺夫定理分析了系统的稳定性。仿真结果证实了所提方法的有效性。     

扑翼微型飞行器非线性H∞姿态控制

给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种新颖的非线性H∞控制方法。飞行过程的复杂性使得姿态控制极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、时变参数以及各种干扰。为此提出了一种全局非线性H∞控制策略,系统控制综合是基于李亚普诺夫理论而非求解HJI偏微分方程。该方法克服了时变参数及未知干扰对系统的影响。证明了控制器的全局渐进稳定性并将其用于扑翼微型飞行器非线性H∞姿态控制系统的仿真,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

挠性航天器大角度机动的振动抑制控制

建立了带变速控制力矩陀螺群的挠性航天器的动力学模型,应用误差四元数来描述姿态运动,将星体大角度姿态机动问题转化为误差四元数的调节问题.针对挠性航天器三轴同时姿态机动时挠性附件的振动抑制问题,提出了基于动态输出反馈控制的振动抑制方法,设计了仅利用姿态四元数而无需以角速度测量、挠性变形位移及速率测量作为反馈的动态控制规律.基于Lyapunov方法证明了所设计的动态控制器保证了姿态的渐近稳定和模态振动的衰减.基于Matlab/Simulink进行了仿真验证,结果表明了所提出的控制方法的可行性和有效性.     

单轴飞轮储能/姿态控制系统的仿真研究

说明了集成化储能与姿态控制系统的工作原理,提出了一种由两反转飞轮系统及气浮转台组成的单轴飞轮储能/姿态控制系统的原理实验装置,对姿态与DC总线电压控制进行了解耦,通过各子系统模型建立了系统的数学模型。通过仿真证明了利用两反转飞轮系统可以实现电能与动能之间的相互转化,并在能量转化的同时实现了气浮转台角度的控制,对于集成化能量与姿态控制系统实验样机的研制具有一定的指导意义。     

柔性航天器自适应多层神经网络跟踪控制方法

针对柔性航天器的姿态跟踪以及振动抑制问题,提出了一种自适应多层神经网络控制方法。利用自适应多层神经网络来补偿系统的非线性项,利用光滑变结构项来补偿神经网络逼近误差及外部干扰。柔性航天器为典型的一个中心刚体加柔性附件的结构,假设模型参数未知并且具有任意的有限维。控制器只利用姿态角和角速度信息进行反馈控制,不需柔性附件振动信息。最后,实验表明该方法可以有效地完成姿态跟踪和振动抑制。     

基于扩张状态观测器的航天器时延状态反馈控制

研究了刚性航天器的时延姿态稳定控制问题。首先建立了基于修正罗德里格斯参数(modified rodrigues parameters, MRPs)的航天器非线性状态模型,具有确定上界的时延项在状态反馈控制律中体现。通过构造Lyapunov Krasovskii 泛函进行稳定性分析,由此得到保证系统渐近稳定的线性矩阵不等式,依此设计状态反馈控制系数矩阵。考虑到航天器三轴间的耦合非线性项,利用扩张状态观测器(extended state observer, ESO) 方法,设计了二阶非线性扩张状态观测器,以获得航天器系统内部状态向量并用于状态反馈控制律。为便于工程实际应用,仿真中将MRPs响应输出转换为欧拉角响应,仿真结果表明,本文所设计的控制系统能保证航天器三轴姿态稳定。     

编队飞行挠性航天器的输出反馈姿态协同控制

研究了在姿态调节和时变参考姿态跟踪情况下,且挠性模态变量和角速度不可测量时的编队飞行挠性航天器的姿态协同控制问题。针对姿态调节问题,在挠性模态不可测量的情况下,将文献中已有的用于刚体航天器编队飞行的比例〖CD*2〗微分协同控制器,推广到了挠性航天器编队的情形。然后,针对姿态跟踪问题,通过构造关于挠性模态的期望动态系统,并利用无源滤波器,提出了一种仅利用姿态测量信息的无速度反馈协同控制器。仿真结果表明了所提出控制方案的有效性。     

航天器三自由度模拟器自动配平

基于气浮球轴承的航天器模拟器广泛用于研究航天器的姿态动力学与控制,为了在地面模拟太空中的失重环境,必须将重力力矩的干扰减到最小。因此,模拟器的旋转中心要与气浮球轴承的中心重合。提出一种自动配平系统的设计方法,将姿态稳定控制作为系统的内回路,自动配平作为系统的外回路。通过姿态稳定控制,用反作用飞轮反馈的力矩信息,实时计算出模拟器质心位置。通过控制3个正交的配平系统,补偿质心位置偏差。根据实验测得的回路参数,优化设计配平系统控制律。将跟踪微分器应用于力矩信息处理,有效减少电机反复运动,提高配平效率。提出的配平方法成功用于航天器三自由度模拟器的实验中。     

基于一致性算法的卫星编队姿轨耦合的协同控制

针对卫星编队一主多从结构的相对轨迹、姿态的协同控制问题,提出了一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略。该控制策略将分布式控制思想引入卫星编队飞行的相对轨迹、姿态的动力学系统中,使各从星保持编队构型的同时沿期望轨迹相对主星绕飞。从理论上证明了系统的渐近稳定以及对外部干扰的抑制,并基于一致性算法理论定量地分析了通信拓扑结构为有向图情况下控制器参数的选择范围。此外,利用星星间的相对位置信息确定各从星的期望姿态和角速度,以确保对卫星编队进行姿态协同控制,达到跟踪同步的目的。最后将提出的算法应用于卫星三角形编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有潜在的应用前景。     

基于分段Lyapunov函数方法的柔性卫星姿态模糊控制

提出了一种基于分段Lyapunov函数方法的带太阳帆板柔性卫星的姿态模糊控制方法。对于柔性卫星姿态动力学系统而言,强耦合、非线性以及较强的不确定性是其姿态系统的基本特征,本文针对这类被控对象,采用T-S模型作为万能逼近器,设计一种分段状态反馈控制方案。仿真结果表明,该方案可以保证卫星的姿态控制精度、结构振动抑制和控制系统鲁棒性。