学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

卫星编队分布式有限时间队形协同控制算法研究

作　者: 袁兴军
导　师: 宋申民
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 卫星编队 分布式队形协同 终端滑模 有限时间控制
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 1次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


卫星编队飞行在未来的太空中将扮演越来越重要的角色，作为一种新兴的航天技术，卫星编队能够实现单颗卫星无法完成的诸多任务，例如空间干涉仪、合成孔径雷达等。并且相比于传统的大卫星，可以考虑将大卫星进行模块化，这就在研发周期、发射成本、可靠性等方面更具有优势。通过对卫星编队飞行技术研究不难发现，其在民用领域、科学领域和军事领域都展现了广阔的应用前景和实际价值。在实际的编队飞行任务中，往往要求编队成员之间以特定的队形配合或者以特定的构型进行整体机动。传统的控制器往往只能保证闭环系统渐进稳定，却无法保证有限时间稳定，有限时间稳定控制器由于能够实现系统有限时间稳定，因而引起越来越广泛的研究。本文即针对卫星编队飞行队形协同，设计基于终端滑模的有限时间控制算法，实现有限时间内队形捕获和保持。首先，本文研究发现分布式协同策略在协同问题中具有明显优势，并概括总结了描述分布式协同局部信息交互的代数图谱理论知识。通过参考卫星和编队卫星的动力学方程建立了卫星编队的相对运动模型，并对编队成员之间的测量、通信等情况进行假设，对卫星编队协同问题做了全面的描述。其次，为了实现有限时间队形协同，设计了基于终端滑模的有限时间协同控制器，通过数学证明得出该控制器能够实现有限时间队形捕获、队形保持、队形机动等目标，为了消除抖振现象，引入了两种饱和函数。考虑终端滑模控制器存在奇异的可能，进一步设计了非奇异终端滑模控制器。并分析比较了引入一致性协同项能有效改善协同作用效果。最后，为了进一步提升控制效果，考虑在非奇异终端滑模的基础上，引入误差的高次项来提升系统的快速性，因而设计了非奇异快速终端滑模控制器，理论证明该控制器能够实现卫星编队有限时间队形协同，并且证明了相比于非奇异终端滑模的快速性。仿真表明控制器满足设计要求，并验证了其快速性。为了加强系统的鲁棒性，本文考虑对扰动上界进行自适应辨识，设计了带有扰动上界自适应的非奇异快速终端滑模控制器，理论证明和仿真验证都说明该控制器能够实现控制目的。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景和意义  9-10
  1.2 典型的卫星编队任务和计划  10-12
  1.3 卫星编队有限时间队形协同控制研究现状  12-13
    1.3.1 编队系统分布式队形协同研究现状  12
    1.3.2 卫星编队系统有限时间队形协同研究现状  12-13
  1.4 本文研究主要内容  13-15
第2章 理论基础及队形协同问题描述  15-28
  2.1 引言  15
  2.2 分布式控制策略介绍  15-16
  2.3 理论基础  16-21
    2.3.1 常用范数及L空间  16-17
    2.3.2 图谱基础知识  17-18
    2.3.3 终端滑模理论基础  18-21
  2.4 卫星编队队形协同控制问题描述  21-26
    2.4.1 常用坐标系  21-22
    2.4.2 卫星编队相对轨道运动方程  22-24
    2.4.3 编队卫星队形协同控制问题描述  24-26
  2.5 本章小结  26-28
第3章 卫星编队有限时间队形协同控制  28-50
  3.1 引言  28
  3.2 卫星编队有限时间队形协同控制器设计  28-36
    3.2.1 终端滑模控制器设计  28-33
    3.2.2 非奇异终端滑模控制器设计  33-36
  3.3 仿真验证  36-48
    3.3.1 终端滑模控制器仿真  38-43
    3.3.2 非奇异终端滑模控制器仿真  43-46
    3.3.3 不含队形协同项时的控制器仿真  46-48
  3.4 本章小结  48-50
第4章 改进的卫星编队有限时间队形协同控制  50-65
  4.1 引言  50
  4.2 卫星编队有限时间队形协同鲁棒控制  50-58
    4.2.1 非奇异快速终端滑模控制器设计  50-54
    4.2.2 扰动上界自适应终端滑模控制器设计  54-58
  4.3 仿真验证  58-64
    4.3.1 非奇异快速终端滑模控制器仿真  58-61
    4.3.2 扰动上界自适应终端滑模控制器仿真  61-64
  4.4 本章小结  64-65
结论  65-67
参考文献  67-72
致谢  72

相似论文

  1. 某型卫星姿态确定与有限时间控制方法研究,V448.222
  2. 微型四旋翼非线性控制方法的研究,V249.1
  3. DC-DC变换器的滑模变结构控制,TM46
  4. 滑模变结构控制消抖及终端滑模面设计研究,TP13
  5. 电液位置伺服系统的滑模变结构控制研究,TP273
  6. 空天飞行器的姿态控制及欠驱动控制研究,V249.1
  7. 时滞切换奇异系统的控制与滤波,TP13
  8. 基于分布式InSAR的DEM生成算法研究,P225.1
  9. 基于STK的卫星导航干扰仿真技术研究,TN967.1
  10. 基于碰撞概率的编队卫星碰撞规避策略,V528
  11. DC-DC变换器的滑模控制研究,TM46
  12. 低轨道编队小卫星星间链路设计分析,V443.1
  13. 小卫星编队的队形捕获和保持控制,V448.2
  14. 编队飞行卫星控制方法研究,V448.2
  15. 小卫星编队飞行姿态协同控制研究,V448.2
  16. 混沌同步及感应电机磁链观测中的有限时间方法研究,TM346
  17. 周期时变控制系统设计的数值方法及其在卫星编队保持中的应用,V448.2
  18. 小卫星编队飞行队形控制与仿真,V448.2
  19. 低轨卫星编队技术研究,V448.2
  20. 基于直接力的拦截导弹智能化控制、制导及其视景仿真,TJ765
  21. 卫星编队飞行碰撞概率预测与避撞措施研究,V448.2

中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 制导与控制 > 航天器制导与控制
© 2012 www.xueweilunwen.com