| 【中文题名】 | 带挠性太阳帆板的三轴稳定卫星姿态控制系统分析与设计研究 |
| 【英文题名】 | |
| 【学科专业】 | 航空宇航科学与技术 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2003-9-4 |
| 【中关键词】 | 挠性,姿态控制,系统稳定性,H_,∞鲁棒控制, |
| 【英关键词】 | Flexure,Attitude control,System stability,H_∞ robust control, |
| 【分类导航】 | 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> |
| 【论文摘要】 |
论文以带挠性太阳帆板的三轴稳定卫星为研究对象，目的是将近期发展起来的H_∞鲁棒控制理论应用于卫星的姿态控制，使其姿态满足定向精度要求。论文的另一目的是挠性卫星姿态控制方案研究。
作者首先建立了三轴稳定刚体卫星姿态动力学模型，并引入考虑了太阳帆板弹性的挠性卫星姿态动力学模型，然后用经典PD控制和线性二次型最优控制方法分别为刚体卫星的俯仰通道和滚动偏航耦合通道设计了控制律，并作了一定的仿真分析，这为检验后来求得的H_∞鲁棒控制器控制效果奠定了基础。接着，在假定系统中存在诸多不确定性的情况下，设计了刚体卫星H_∞鲁棒控制器。由于鲁棒控制器求取算法复杂，H_∞广义控制对象满足一定前提条件时才有解，加权函数的选取又无标准可依，很大程度上依赖于设计者的实践经验，所以论文采用了扩展系统方法。这种方法易于理解和掌握，它克服了通过选择加权函数使广义控制对象满足条件的抽象性和经验性。它在多变量系统中更显优势。接着作者对经典控制(相对于鲁棒控制而言)和H_∞鲁棒控制的控制效果进行了对比分析，所得结论是求得的H_∞控制器较经典控制律在抑制外部干扰方面有明显优势。它能很好地克服外部常值干扰力矩，不仅使系统姿态较快... |
| 【论文题纲】 |
|
摘要 |
6-7 |
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ABSTRACT |
7-8 |
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第一章 概述 |
8-15 |
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1.1 卫星控制系统 |
8-9 |
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1.2 卫星姿态控制系统 |
9-11 |
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1.3 卫星姿态控制系统设计的基本要求 |
11 |
|
1.4 卫星姿态控制系统的发展 |
11-13 |
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1.5 H_∞控制理论及挠性卫星动力学和控制的研究动态 |
13 |
|
1.6 问题的提出 |
13-15 |
|
第二章 系统模型的建立 |
15-21 |
|
2.1 坐标系间的方向余弦阵及矢量导数关系 |
15-16 |
|
2.1.1 坐标系间的方向余弦阵 |
15 |
|
2.1.2 坐标转换矩阵的欧拉角表示法 |
15 |
|
2.1.3 坐标系间矢量导数关系 |
15-16 |
|
2.1.4 常用坐标系定义 |
16 |
|
2.2 卫星物理结构 |
16-17 |
|
2.3 刚体卫星姿态动力学方程的建立 |
17-19 |
|
2.4 挠性卫星姿态动力学方程 |
19-20 |
|
2.5 小结 |
20-21 |
|
第三章 刚体卫星姿态的经典控制律设计与仿真 |
21-31 |
|
3.1 引言 |
21-23 |
|
3.2 刚体卫星姿态的经典控制律设计与仿真 |
23-30 |
|
3.2.1 俯仰姿态的经典控制律设计与仿真 |
23-26 |
|
3.2.2 滚动偏航耦合通道的姿态控制律设计与仿真 |
26-30 |
|
3.3 小结 |
30-31 |
|
第四章 鲁棒控制理论概述 |
31-42 |
|
4.1 绪论 |
31-32 |
|
4.2 H_∞控制理论的起源 |
32-35 |
|
4.3 鲁棒控制理论基础知识 |
35-41 |
|
4.3.1 线性分式变换 |
35 |
|
4.3.2 哈密顿函数与Riccati方程及其与H_∞范数的关系 |
35-36 |
|
4.3.3 小增益定理 |
36-37 |
|
4.3.4 H_∞范数基本性质 |
37-38 |
|
4.3.5 H_∞输出反馈控制器及其参数化形式 |
38-40 |
|
4.3.6 结构奇异值μ定义 |
40-41 |
|
4.4 小结 |
41-42 |
|
第五章 刚体卫星姿态的鲁棒控制系统设计与仿真 |
42-55 |
|
5.1 引言 |
42-43 |
|
5.2 权函数的获取 |
43-44 |
|
5.3 刚体卫星姿态的鲁棒控制设计与仿真 |
44-54 |
|
5.3.1 刚体卫星俯仰姿态的鲁棒控制设计与仿真 |
44-50 |
|
5.3.2 刚体卫星滚动偏航耦合通道的鲁棒控制设计和仿真 |
50-54 |
|
5.4 小结 |
54-55 |
|
第六章 挠性卫星姿态控制系统设计与仿真 |
55-67 |
|
6.1 引言 |
55 |
|
6.2 太阳帆板弹性振动对卫星姿态控制系统的影响 |
55-59 |
|
6.2.1 挠性卫星控制模型分析 |
55-57 |
|
6.2.2 帆板弹性振动对卫星偏航姿态的影响 |
57-59 |
|
6.3 挠性卫星偏航姿态的经典控制律设计与仿真 |
59-62 |
|
6.4 挠性卫星姿态的H_∞鲁棒控制器设计与仿真 |
62-66 |
|
6.5 小结 |
66-67 |
|
第七章 卫星的姿态测量和执行机构 |
67-74 |
|
7.1 引言 |
67 |
|
7.2 三轴稳定卫星的姿态确定 |
67-70 |
|
7.3 三轴稳定卫星姿态控制执行机构 |
70-73 |
|
7.3.1 飞轮系统 |
71-72 |
|
7.3.2 伪速率调节器 |
72-73 |
|
7.4 小结 |
73-74 |
|
第八章 总结 |
74-77 |
|
8.1 论文总结 |
74-75 |
|
8.2 后继工作 |
75-77 |
|
致谢 |
77-78 |
|
参考文献 |
78-79 |
|
附录A |
79-83 |
|
附录B |
83-85 |
|
附录C |
85-88 |
|
附录D |
88 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.98775 |
