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电磁编队飞行网络化控制方法研究
作 者: 谢中秋
导 师: 张锦绣
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 飞行器设计
关键词: 电磁编队 网络化控制 轨道动力学 延迟分析 线性矩阵不等式
分类号: V448.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
电磁力编队是一类基于内部势场力的创新编队模式,具有在长期在轨运行过程中无推进剂消耗且对航天器设备无污染的特点,已经逐渐成为下一代航天器编队飞行研究的热点和前沿性课题。本学位论文以基于电磁力的分离异构航天器为背景,对电磁编队飞行的动力学建模及其网络化控制进行了研究,具体工作如下:在基于磁偶极子假设的编队卫星之间电磁力模型的基础上,建立了惯性坐标系下的拉格朗日轨道动力学方程,对模型进行了线性化处理,得到了线性相对轨道动力学模型,完成了其在网络化控制系统中的表述,并进行了模型验证。在考虑系统时间延迟情况下,建立了系统LMI模型,采用Lyapunov方法对系统的稳定性进行了证明,利用LMI工具箱设计电磁力编队时延网络化反馈控制律,实现了对系统相对位置的控制。为了解决系统外部扰动的鲁棒性问题,将H∞鲁棒控制方法引入控制系统,在同时考虑延迟和外部扰动前提下,对系统进行了H∞性能分析和控制器设计。解决了时延和外部扰动对系统控制稳定性带来的影响,从而使得编队能够保持稳定。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-8 第1章 绪论 8-15 1.1 课题背景与意义 8-9 1.2 国内外研究现状综述 9-14 1.2.1 电磁编队飞行的研究现状 9-11 1.2.2 电磁编队飞行的相对运动描述方法 11-13 1.2.3 网络化控制系统研究概况 13-14 1.3 本文的主要研究内容 14-15 第2章 相关理论基础 15-27 2.1 引言 15 2.2 坐标系定义 15-16 2.3 空间环境模型表述 16-19 2.3.1 重力势能 16-18 2.3.2 气动阻力 18-19 2.4 电磁力建模 19-25 2.4.1 电磁力定义 19 2.4.2 电磁力模型分析 19-22 2.4.3 两颗卫星之间的电磁力建模 22-25 2.5 网络化控制系统相关理论 25 2.6 本章小结 25-27 第3章 电磁编队动力学建模及其网络化系统表述 27-42 3.1 引言 27 3.2 电磁编队动力学建模 27-37 3.2.1 单颗卫星的动力学建模 27-28 3.2.2 相对轨道动力学建模 28-29 3.2.3 模型线性化处理 29-35 3.2.4 相对轨道动力学方程的最终表达式 35-37 3.3 网络化控制系统建模 37-38 3.4 系统模型验证 38-41 3.5 本章小结 41-42 第4章 基于LMI的时延网络化反馈控制方法 42-55 4.1 引言 42 4.2 系统LMI模型及其稳定性分析 42-46 4.3 考虑时延的系统反馈控制方法 46 4.4 仿真结果及分析 46-53 4.5 本章小结 53-55 第5章 网络化控制系统的H ∞鲁棒控制器设计 55-65 5.1 引言 55 5.2 H∞鲁棒控制原理 55-56 5.3 考虑外部扰动的系统H ∞鲁棒控制方法 56-59 5.4 仿真结果与分析 59-64 5.5 本章小结 64-65 结论 65-66 参考文献 66-71 致谢 71
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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
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