考虑控制输入受限的卫星姿态控制

研究了刚体卫星在控制输入受限时的姿态调节控制问题.设计了基于饱和函数的非线性控制器,在控制输入受限的同时,也是角速度受限的.通过李亚普诺夫方法证明了闭环系统零平衡点的全局渐近稳定性,保证了姿态和角速度都是渐近趋于零的.所提出的控制方案是模型独立的,不依赖于卫星的转动惯量.仿真结果表明,在控制输入受限情况下,用所设计的控制方案实现姿态控制是可行的、有效的.     

控制理论在卫星姿态控制中的应用

分析了卫星姿态控制系统的主要组成结构以及所遇到的常见问题,总结了近几年来围绕卫星姿态控制理论中提出的多种实现姿态稳定或控制的方法,并对这些方法的有效性进行了分析.最后对卫星姿态控制的发展趋势和前景进行了探讨.     

滑模观测器在卫星姿控系统故障诊断中的应用

为提高卫星系统的可靠性,研究了基于观测器的卫星姿态控制系统执行机构故障诊断问题.考虑卫星姿态控制系统的不确定性及外界干扰,设计一种鲁棒自适应滑模观测器,采用Lyapunov函数作为稳定观测器的判别条件,保证了观测器的存在,利用设计的观测器对执行机构的故障进行重构从而达到故障诊断的目的.建立卫星闭环姿态控制系统模型并对算...     

小卫星PD姿态控制器IP核的FPGA实现

针对现代小卫星在姿态控制系统中对运算速度、控制精度等方面提出的更高要求,分析了利用FPGA来实现卫星姿态PD控制器的可行性,提出用输入使能端及输出标志符号对内部各计算模块进行控制以解决数据同步问题．利用硬件描述语言进行了各模块功能的实现,并最终例化为PD控制器IP核．结果表明该设计只需34个时钟脉冲即可完成姿态控制力矩的计算,控制精度达到10-5量级,速度及精度满足现代小卫星对控制系统的要求．     

卫星编队飞行的相对姿态控制

使用基于李亚普诺夫的控制方法,研究了双星编队飞行系统的相对姿态控制问题.考虑角速度可测和角速度信息不可测量两种情况,进行了状态反馈和输出反馈的姿态控制算法的设计,并通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全局渐近稳定性.最后对给出的算法进行了数值仿真.结果表明,所设计的控制算法实现了编队卫星之间的姿态协同控制,是可行的、有效的.     

基于鲁棒控制理论的卫星姿态控制

对于三轴角动量飞轮式卫星的姿态控制提出了一种鲁棒控制设计方法.针对挠性卫星中存在的未建模动态以及参数不确定性问题,基于H∞控制理论对姿态控制器进行了设计,通过选取合适的加权函数将姿态控制问题转化为标准H∞控制问题,进而获得所需控制器.并与PID控制器进行了仿真实验对比,仿真结果表明,对于系统中存在的干扰和参数不确定性,H∞控制具有良好的鲁棒稳定性与动态性能.     

基于RBF网络上界自适应学习的预警卫星滑模控制

分析了RBF(径向基函数)神经网络的基本结构和数学特性,对于预警卫星动力学系统的不确定性上界值无法测量和未知的情况,采用RBF神经网络可以对较强干扰上界进行自适应学习,并可降低控制和动力学带来的抖振。针对带有摆镜的预警卫星姿态控制问题,提出了一种基于神经网络扰动补偿的姿态滑模控制方法。针对RBF网络正交最小二乘(OLS)学习算法,采用RBF神经网络来学习不确定因素的上界值,并设计了预警卫星的姿态控制规律,解决了预警卫星动力学扰动补偿问题。利用数值仿真估算了基于RBF网络上界自适应学习滑模控制的预警卫星姿态控制系统的性能指标。     

小卫星共轨式轨道转移策略

针对小卫星与共轨目标星之间的交会问题,设计制导策略使小卫星在预期时间内与目标星相遇。利用均匀中心引力场模型,推导了一个关于两星相对运动状态和转移时间的二次方程,求解该方程能够得到固定燃料转移问题的最优推力时间和推力方向的解析解。在自由滑行段采用Lambert变轨算法代替解析算法,提出了一种改进制导算法。应用该改进制导算法进行大量仿真实验,并利用STK仿真软件对仿真结果进行验证,表明本文算法是有效的。     

控制力矩受限的卫星姿态有限时间鲁棒控制算法

为了解决在卫星姿态控制问题中经典滑模控制器所存在的收敛速度慢、指数收敛的缺陷,同时为增强控制器对外部干扰与系统不确定性的鲁棒性,提出了一种对系统模型具有鲁棒性的快速收敛有限时间控制算法.针对传统滑模面角速度下降过快导致的收敛速率慢的缺陷,基于Lyapunov方法设计了一种具有三段式结构的有限时间滑模面,提升收敛速率并保证稳态精度,同时利用欧拉轴的特性消除有限时间控制中的奇异性问题;通过引入符号函数项,解决系统转动惯量的不确定性与外部干扰力矩问题;通过放缩控制律中的比例项解决控制力矩受限的问题;通过Lyapunov函数证明本文提出的控制律的有限时间稳定性,同时给出系统收敛的时间估计.理论分析与仿真结果均表明,提出的控制算法能够在大幅提升收敛速率的同时保证稳态精度.同时也表明了提升系统性态的关键是规划姿态角速度,即通过合理设计滑模面与期望角速度曲线可以实现提升系统收敛速率与鲁棒性的目的.     

平流层卫星的建模与控制系统设计

为减小控制力在传递过程中的偏差与时滞对轨迹控制精度的影响,对平流层卫星控制系统进行设计．针对系统构成建立了轨迹控制器和气球系统的经向运行模型,基于滑模变结构控制方法,根据气球南北方向的实际指令位置和指令位置的偏差,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,设计出轨迹控制器的控制系统．仿真结果表明,采用该方法的轨迹控制器,可以有效克服系绳带来扰动和时滞的影响,完成平流层卫星的东西方向运动控制,控制误差约80 m．     

基于Legendre伪谱法的卫星轨道转移燃料最优控制

以真近点角为自变量,介绍了形式简单的卫星相对运动动力学模型,给出了和真近点角相匹配的性能指标.利用伪谱法将最优控制问题转化为参数优化问题,以状态转移矩阵为基础给出了仅以初末状态为约束的最优控制律,然后针对线性化模型,给出了以状态方程为约束的最优控制律.设计的控制律均为解析形式,不需要利用NPL算法进行计算.仿真结果表明设计的控制律是有效的.     

非实时控轨编队卫星的相对姿态控制

为了精确指向目标,即确定从星的姿态指向,提出了一种计算期望姿态和期望角速度方法,该算法利用单星在惯性坐标系的位置和速度,不需要星上增加相对姿态测量设备.在此基础上设计了变结构控制器.数值仿真结果表明该方法可以实现准确的期望姿态计算和相对姿态控制.     

带有死区非线性输入的挠性航天器姿态机动智能控制

针对反作用飞轮带有死区非线性输入特性的三轴稳定挠性航天器姿态机动控制问题,提出一种由变结构与神经网络自适应控制技术相结合的智能控制方法。首先,基于航天器非线性和低阶模态动力学模型设计了变结构输出反馈控制律,给出了滑模存在条件,保证闭环系统渐近稳定;其次,采用神经网络自适应控制技术对系统的不确定性因素进行补偿控制,并利用Lyapunov方法分析了系统的渐近稳定性。智能控制的引入使得控制器具有很强的自学习能力和自适应能力,可有效降低不确定因素对系统产生的影响。最后,将本文提出的控制策略应用于三轴稳定挠性航天器的姿态机动控制,仿真结果表明本文方法是行之有效的。     

控制受限航天器时变滑模姿态控制

在推力器执行机构输出力矩受限的条件下,针对带有输入饱和特性的挠性航天器的姿态机动问题,提出了一种将线性滑模面和时变滑模面相结合的变结构控制器设计方法,给出其切换机制以实现挠性航天器快速姿态机动给出了变结构输出反馈控制器设计的方法;最后,将本文提出的方法应用于三轴稳定挠性航天器的姿态机动控制,仿真结果表明:在推力器的控制受限条件下,完成姿态机动的同时,有效地抑制挠性附件的振动.     

某挠性卫星姿态控制系统设计

文中研究对象是带有太阳电池阵和天线等大挠性附件且太阳电池阵驱动的对地观测卫星.抑制太阳电池阵和天线挠性振动及太阳电池阵驱动对星体姿态影响是系统设计的目的.为此,选用带宽隔离法、坎值滤波器法对附件振动进行抑制;同时,针对卫星特殊飞行姿态所导致的通道间惯性耦合,设计了解耦算法给予解决;设计了具有低通滤波特性的外环修正回路,消除惯性基准单元的漂移误差及安装误差.将设计结果应用于对象模型并加入所有误差源后,进行仿真验证,系统设计结果满足给定的指标要求并有较大裕度.     

输入受限的航天器姿态调节小波滑模反步控制

对刚体卫星在轨机动时存在未知惯量特性、外部干扰及控制输入受限的控制问题,提出了一种将滑模反步姿态控制与小波相结合的鲁棒控制方法,这种方法在继承传统滑模反步控制的优点的同时,利用小波函数的逼近能力来补偿执行机构饱和非线性;对设计者而言,饱和非线性的结构特性无需了解,并基于Lya-punov方法从理论上证明了滑动模态的存在性及系统的全局稳定性.最后,将该方法应用于航天器的姿态调节控制,仿真结果表明此控制器能有效地处理航天器姿态调节过程中控制输入饱和受限的约束,在完成姿态调节控制的同时,具有良好的过渡过程品质.     

基于ODTK的卫星精密轨道确定

为快速有效地执行卫星的精密轨道确定任务,引入AGI公司的ODTK（orbit determination tool kit）软件,给出了ODTK软件执行精密轨道确定任务的算法原理和操作步骤,并基于仿真实例分析了轨道确定结果的残差分布和定轨精度。结果表明,ODTK软件能够提供稳定的滤波性能、精密的轨道确定结果和丰富的数据分析图表,可以作为开展卫星精密轨道确定研究的分析工具和验证卫星精密轨道确定算法有效性的参考标准。     

输入限幅下的迭代学习控制

基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ－ｌｉｋｅ方法,提出在有限作业区间上实现跟踪的带限幅的迭代学习控制器设 计．针对含有非参数化及部分参数化不确定性的非线性系统,设计鲁棒迭代学习控制器,但该方法 不要求已知不确定特性的范数界．针对参数化不确定非线性系统,设计自适应迭代学习控制器．在 系统满足有界输入有界状态（ＢＩＢＳ）假设条件及控制输入饱和限幅作用下,统一对上述三类系统进 行分析．理论分析结果表明：该方案可保证闭环系统中所有变量的有界性,并且跟踪误差能够在整 个作业区间上收敛到零,实现完全跟踪．仿真验证了该算法的有效性．     

具有控制力约束的全方向步行器可靠跟踪控制

全方向步行器在实际使用过程中某个执行电机不可避免地会发生失效,从而影响训练者的安全,针对这一问题,研究了全方向步行器的可靠跟踪控制.基于冗余自由度思想,采用分离故障执行器的方法,利用无故障执行器实现康复者的安全跟踪训练.通过构造Lyapunov函数,保证了跟踪误差系统在全局坐标系下的渐近稳定性,结合双曲正切函数得到控制力约束型可靠控制器的表达形式.仿真结果表明,当某个执行器发生故障时,所设计的控制器能实现步行器的稳定运行,保障了康复者的安全.