一类附件有大角度跟踪机动卫星的动力学建模与控制

本文采用三刚体七自由度模型来研究带两个大角度跟踪机动附件卫星的动力学与控制问题。通过引入一些新的张量定义，在慢速机动假设下，文章首先运用Newton—Eular方法导出了该系统的矢量动力学方程，接下来方便地将其转化为标量动力学方程，并讨论了两个附件之间的耦合问题。随后设计出卫星姿态一天线跟踪的PID 前馈控制器，并对控制方法进行了讨论。文章最后所给出的几组算例表明，控制效果良好。     

一类附件有大角度跟踪机动卫星的动力学建模与控制

采用三刚体七自由度模型来研究带两个大角度跟踪机动附件卫星的动力学与控制问题．通过引入一些新的张量定义,在慢速机动假设下,首先运用Newton-Eular方法导出了该系统的矢量动力学方程,将其转化为标量动力学方程,并讨论了两个附件之间的耦合问题、随后设计出卫星姿态,天线跟踪的PID 前馈控制器,并对控制方法进行了讨论．几组算例表明,该方法控制效果良好．     

受扰挠性卫星全局稳定姿态跟踪控制

挠性卫星的姿态跟踪控制要求同时考虑卫星本体姿态跟踪和挠性附件振动对姿态跟踪影响。本文针对存在常值扰动和正弦扰动情况时的挠性卫星姿态跟踪控制问题，考虑目标姿态角速度可以时变的一般情形，设计了基于误差四元数的姿态跟踪控制律，并利用Barbalat引理证明了系统的全局稳定性。数学仿真结果表明该控制律能使闭环控制系统的姿态跟踪全局渐近稳定，从而有效消除常值干扰和正弦干扰，保证卫星本体跟踪精度。     

深空探测航天器姿态的自抗扰控制

本文针对一种带有挠性附件和液体晃动的深空探测航天器姿态控制问题,提出了自抗扰控制律.该控制律可以自主、有效地抑制挠性附件弹性振动和液体晃动对姿态角运动的耦合作用以及处理大范围的扰动和系统不确定性.基于四元数生成角速度跟踪指令,把控制问题由姿态角控制转化为角速度控制.通过设计扩张状态观测器实时估计并补偿角速度通道总扰动并结合角速度偏差反馈,使得角速度快速跟踪指令,进而实现控制目标.仿真结果验证了控制律的有效性和鲁棒性.     

小卫星分离姿态干扰及抑制分析

本研究针对小卫星分离过程中的姿态干扰问题建立了动力学模型,采用MATLAB/Simulink对动力学模型进行求解,并与ADAMS环境下的分析结果进行比较。为评估导向机构在卫星分离过程中对姿态干扰的抑制作用,进一步比较了导向机构前后的卫星分离角速度,并评估不同参数的导向机构对卫星分离姿态干扰的改善作用。本研究所采用的分析方法适用于各类卫星分离过程,可为卫星分离系统的安装布局设计、弹簧参数设计、导向机构参数设计等提供技术参考。     

带有干扰的挠性卫星非线性姿态输出反馈控制

针对挠性卫星在飞行过程中存在参数不确定性、干扰（常值扰动和正弦扰动）及挠性附件的振动控制问题,提出了一类基于输出反馈控制系统的鲁棒设计方法,该设计仅利用姿态四元数输出信息,而无需角速度、挠性变形位移及其速率测量信息;同时,在控制中又引入积分环节用于减小常值干扰引起的稳态误差,并且控制器参数的选者并不依赖于系统参数,基于Lyapunov理论证明了所设计的控制器保证了姿态的稳定和模态振动的衰减;最后,将该方法应用于挠性卫星的姿态机动控制,仿真结果表明该控制器不仅对参数不确定性具有很好的鲁棒性,而且能够有效消除常值干扰和正弦干扰的影响,在完成姿态机动控制的同时,能够抑制挠性附件的结构振动,具有良好的过渡过程品质．     

基于奇异摄动法的水下机器人优化PID控制

为了提高水下机器人位置控制的精确性,降低因系统耦合而造成的位置误差,提出了针对六自由度水下机器人的奇异摄动系统建模及控制方法.首先对水下机器人的姿态和位置进行动力学建模,将速度、角速度作为快变量,位置、姿态作为慢变量,从而把模型转换为奇异摄动系统模型,再对奇异摄动系统模型进行快慢分解,对快慢系统分别设计PID控制律,最...     

充液柔性航天器非线性姿态动力学及再定向姿态机动

研究全充液柔性航天器大角度姿态机动中非线性姿态动力学及姿态再定向问题．采用Lagrange方法推导了液-柔耦合系统动力学方程并对系统进行了相空间动力学研究．由于能量耗散及柔性附件振动对系统产生扰动并由此引起混沌姿态运动，经历姿态转换后的航天器最终姿态定向不能预先确定．本文研究表明，通过一对互为反向的脉冲推进可以完成预期的姿态再定向机动．给出了实现姿态再定向机动的控制策略，并对控制前后的姿态本体轨迹及主角动量分量时间响应历程进行了数值仿真．     

高超飞行器的再入非线性鲁棒控制

针对再入段高超飞行器非线性动力学模型存在不确定性和干扰,基于奇异摄动理论提出了鲁棒变结构+动态逆内外环解耦控制方法.为避免在线实时求逆,控制系统的外环基于简化的模型设计自适应滑模变结构控制律,通过反馈干扰观测器在线估计广义干扰量,实现角度的跟踪和闭环系统的稳定,抑止外来干扰.强耦合的姿态动力学内环采用动态逆跟踪角速度指...     

航天器姿态输出反馈抗干扰跟踪控制

针对采用四元数描述的航天器姿态运动模型研究输出反馈抗干扰跟踪控制问题.首先在姿态运动模型的基础上,结合四元数的性质设计扩张状态观测器(extended state observer,ESO)来估计角速度和干扰力矩,从理论上保证了ESO中的四元数状态满足范数约束,并证明了观测误差的收敛性;进一步利用互连和阻尼分配无源控制(interconnection and damping assignment passivity-based control,IDA--PBC)理论设计控制律,通过姿态和角速度误差状态变换以及引入误差积分项,使得期望的姿态和角速度误差,以及积分项误差运动方程中均出现阻尼项,提高了系统的抗干扰性能,最后利用Laypunov函数证明了闭环系统一致最终有界稳定.仿真结果验证了所设计ESO和IDA--PBC控制律的有效性.     

基于改进型非线性干扰观测器的爬壁机器人轨迹跟踪

针对爬壁机器人建模不准确及容易受外部扰动的影响造成位置及姿态误差的问题,提出了一种基于改进型非线性干扰观测器的轨迹跟踪控制方案.首先通过反演控制设计了一个运动学控制器为机器人动力学控制提供参考质心速度与角速度.其次应用改进型非线性扰动观测器作为前馈控制对建模误差及外部扰动进行估计,并保证扰动误差以指数形式收敛.最后针对引入干扰观测器的动力学模型设计了滑模控制器.该方案对外界干扰进行了快速补偿,并通过Lyapunov定理证明了其稳定性.仿真结果表明该控制方法对于克服建模误差及外界干扰具有较好的效果.     

角速度约束下的刚体飞行器鲁棒有限时间姿态镇定

针对角速度状态受限条件下的刚体飞行器姿态镇定控制问题,提出一种基于扰动观测器的时变状态增益有限时间姿态控制方法.针对基于修正型罗德里格斯参数(MRPs)描述的刚体飞行器姿态控制模型,首先,利用齐次性理论并充分考虑到系统的模型结构特点,设计一种带有角速度约束项的有限时间姿态控制器,使得系统有限时间镇定;其次,在初始状态满足受限条件的情况下,角速度在任意时刻都可以被约束在期望的范围内;然后,针对存在外部干扰的姿态环动力学系统,提出一种带扰动估计补偿的复合有限时间姿态镇定控制器;最后,通过与其他两种控制方法的仿真比较,验证了所提出控制方案的有效性和优越性.     

干扰环境下的挠性航天器姿态跟踪控制

挠性航天器在姿态机动过程会受环境干扰力矩的作用,研究有扰情况下挠性航天器的姿态跟踪控制问题.首先,设计了干扰观测器在线估计频率已知的外部干扰信号,然后,基于干扰观测器设计了非线性反馈姿态跟踪控制器以跟踪目标姿态,并且该控制器只需要误差四元数和角速度的反馈信息.其次,采用Lyapunov方程和Barbalat引理证明了控...     

航天器姿态跟踪系统的自适应滑模控制

针对存在不确定惯量矩阵和外干扰的刚体航天器姿态跟踪系统,提出了一种自适应滑模控制方法。首先建立了姿态跟踪误差动力学方程,并对刚体航天器跟踪误差动力学定义了滑模,设计了自适应滑模控制律,该控制律的优点在于可以估计系统不确定块,消除了传统滑模控制中对不确定界的要求。Lyapunov分析表明了提出的自适应滑模控制器确保闭环系统取得渐近稳定性。仿真结果验证了提出的控制策略的有效性。     

基于旋转矩阵描述的航天器无角速度测量姿态跟踪无源控制

利用系统无源性和旋转矩阵性质研究无角速度测量下的姿态跟踪控制问题. 为了避免姿态参数的奇异性和模糊性, 提出基于三维特殊正交群(SO(3)) 的控制策略. 首先利用旋转矩阵建立姿态跟踪误差方程, 然后分析了系统的内在无源性, 从而揭示了闭环系统的稳定性. 当角速度无法获得时, 利用新的无源滤波提出一种无角速度测量控制律, 并给出了严格的Lyapunov 稳定性分析. 最后, 通过数值仿真验证了所提出的控制方法的有效性.

     

基于自适应反作用零空间控制的大型非合作目标动力学参数实时辨识仿真

针对小型空间机器人抓捕大型空间非合作目标时被抓捕目标初始动量未知且不为0、实时辨识过程中基座姿态受扰动较大的问题,采用自适应反作用零空间控制方法保证在轨实时参数辨识阶段基座姿态受到的扰动最小,建立含有目标动力学参数的动量增量方程,根据在轨实时测量的基座线速度、角速度和机械臂关节角度、角速度求解目标的未知动力学参数.数值仿真结果表明,该方法在辨识过程中可实现空间机器人基座姿态较小的扰动,而且在初始动量未知且不为0的情况下能够实时高精度辨识出大型非合作目标的动力学参数.     

四旋翼双环滑模姿态控制系统设计与仿真

针对四旋翼姿态角难以快速跟踪实际控制指令,传统线性化方法稳定性能不佳、用简单滑模控制存在控制律难以实现等问题,提出了一种基于双环滑模控制系统的设计方案。通过建立四旋翼的姿态动力学模型推导出姿态角和角速度的控制律方程。最后,基于实验室搭建的四旋翼硬件实验平台对该方案进行MATLAB仿真分析,并与常规PID控制方法和反步法进行了比较。结果表明该方法有效可行,跟踪姿态角更加快速、精确。     

漂浮基空间机械臂分解运动控制的增广自适应算法

本文讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基两杆空间机械臂系统的逆运动学问题 ,推导了系统的运动学、动力学方程．分析表明,结合系统动量守恒及动量矩守恒关系得到 的系统广义Jacobi关系为系统惯性参数的非线性函数．本文证明了,借助于增广变量法可以 将增广广义Jacobi矩阵表示为一组适当选择的惯性参数的线性函数．并在此基础上,给出了 系统参数未知时由空间机械臂末端惯性空间期望轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速 度的增广自适应控制算法．仿真运算,证实了方法的有效性．     

航空相机稳定平台控制算法设计及其像移补偿

飞行过程中飞机姿态角速度变化会对摆扫式航空相机产生干扰,另外相机在拍摄时飞行方向上的景物与感光介质之间存在相对运动。为消除姿态角速度的干扰和前向像移,设计了一种基于F28335的机载相机两轴稳定平台系统。探讨了伺服控制系统的算法选择,介绍了硬件结构和软件流程。通过摇摆台试验证明,该两轴稳定平台动态精度高、运行可靠,满足相机拍摄时序和精度的要求。     

基于数据融合的两轮自平衡小车控制系统设计

为解决两轮自平衡系统中传感器存在较大震动干扰与漂移误差的问题,并提高系统姿态倾角测量的精确性和实时性,提出了基于陀螺仪与加速度计数据融合的两轮系统自平衡控制方法。建立两轮自平衡系统的动力学模型,采用卡尔曼滤波算法融合陀螺仪与加速度计信号,得到系统姿态倾角与角速度最优估计值,通过双闭环数字PID算法实现两轮系统的自平衡控制。通过两轮小车自平衡控制系统的软硬件设计,成功验证了该方法的可行性与有效性。利用该方法大大提高了两轮自平衡系统的抗干扰性。