柔性多体航天器模糊姿态控制方法研究

admin · 发表于 2023-9-28 17:35:42

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本论文研究柔性多体航天器姿态动力学与模糊姿态控制题目。首先，针对树状拓扑结构的柔性多体航天器，集成系统拓扑结构信息，基于伪坐标形式的Lagrange方程，建立具有通用性和程式化特点的动力学模型；在所建立的完整系统动力学方程基础上，通过合理的假设得到了姿态控制系统设计用的简化模型。接着，研究了模糊PID控制器设计题目。针对柔性多体航天器大角度姿态机动任务设计了一种三维混合型模糊PID控制器，与常规模糊控制相比，在一定程度上提高了系统的响应速度，减小了超调量和稳态偏差，改善了系统的动态特性，提高了系统适应外部干扰和内部参数变化的鲁棒性。然后，研究了基于触发式伸缩的变论域模糊控制器设计题目。给出了常规模糊控制的插值机理和误差估计，介绍了一类高精度模糊控制器的设计方法。进行了变论域算法的可行性研究和几种常用伸缩因子的有效性分析。在此基础上，针对柔性多体航天器大角度姿态机动任务，提出一种基于触发式伸缩的变论域模糊控制方案，该方案可使系统动态调节时间短、响应快、超调量小、稳态精度高，对惯量参数变化不敏感，能有效地抑制由于姿态机动引起的柔性附件振动，对航天器的模型不确定性具有良好的鲁棒性和适应性。其后，研究了T-S模糊系统的通用逼近性，根据所建立的简化模型，确定了相应的模糊规则、隶属度函数和各模糊规则下的线性子系统，建立了柔性多体航天器姿态动态系统的T-S模糊模型，数值仿真验证了该模型基本反映了柔性多体航天器姿态镇定阶段的动态特性。最后，针对柔性多体航天器姿态镇定题目，研究了基于T-S模糊理论的具有极点约束和控制输入约束的模糊鲁棒反馈控制，考虑外界干扰和系统不确定性，借助LMI工具，采用PDC和OPDC结构，分别设计了状态反馈和输出反馈姿态镇定模糊控制器。该控制系统控制范围大、动态响应迅速、超调量小、稳态精度高，对惯量参数变化不敏感，能有效地抑制由于姿态变化引起的柔性附件振动，对航天器的模型不确定性具有良好的鲁棒性和适应性，能够很好地完成柔性多体航天器姿态镇定任务。

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