挠性卫星姿态控制的特征轨迹方法

摘要

本文以带有大型挠性附件的主动三轴稳定对地观测卫星为研究对象，基于特征轨迹的概念，针对姿态控制动力学的特征，研究了将频域特征轨迹理论应用于挠性卫星姿态控制系统设计的问题，以期获得控制器简单、系统鲁棒性良好的姿态控制策略。本文首先简要介绍了课题相关技术的发展、现状和应用情况。文章继而从整星姿态动力学方程出发，建立起姿态控制动力学模型，并加以深入细致分析。论文基于特征轨迹频域理论，对挠性卫星姿态控制系统进行了设计。提出了将理论严密的特征轨迹方法和结构简单的主轴PID控制器相结合使用的控制策略，并且从鲁棒性的角度得以验证。本文还从特征轨迹角度初步研究了姿态控制系统的稳定鲁棒性，以及在由星体转动惯量变化引起的逆加摄动形式下的性能鲁棒性。最后，进行了线性和非线性两个层面上的数值仿真，分析检验了理论设计所得闭环系统满足姿态控制性能指标。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1研究的背景和目的

1.2相关技术的发展和现状

1.2.1挠性卫星姿态控制的发展与现状

1.2.2多变量频域控制理论和特征轨迹方法

1.2.3姿态控制系统中的鲁棒性研究现状

1.3课题的主要研究内容

第2章挠性卫星的姿态控制动力学频域模型

2.1挠性卫星姿态控制动力学的频域模型的建立

2.1.1卫星运动的坐标系约定及变换

2.1.2姿态控制动力学的频域模型

2.2挠性卫星的姿态控制动力学频域模型的特性

2.2.1频域模型的零极点的分布性质

2.2.2传递函数矩阵的对角占优性质

2.3本章小结

第3章挠性卫星姿态控制频域模型的特征轨迹分析

3.1特征函数和特征轨迹

3.2姿态控制系统传递函数矩阵的特征轨迹

3.3与主轴频率特性的比较

3.4本章小结

第4章基于特征轨迹的挠性卫星姿态控制系统设计

4.1基于特征轨迹的多变量系统稳定判据

4.2特征轨迹设计方法的基本原理

4.3挠性卫星姿态控制系统的设计流程

4.4本章小结

第5章特征轨迹方法中的鲁棒性讨论及姿态控制系统的数值仿真

5.1挠性卫星姿态控制系统的稳定鲁棒性

5.1.1姿态控制系统的鲁棒性问题

5.1.2特征轨迹偏移最小的条件

5.1.3姿态控制系统的鲁棒稳定性分析

5.2挠性卫星姿态控制系统的性能鲁棒性

5.3姿态控制系统的数值仿真

5.3.1线性数值仿真

5.3.2非线性数值仿真

5.4本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间撰写的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢