微纳飞行器群姿态智能协同控制研究

摘要

近年来，微纳飞行器群的概念在航天领域得到广泛关注，由于其具有研制周期短，成本花费低，可以进行批量生产和发射等优点，它在复杂探测和空间科学观测任务中具有广阔的应用前景，严峻的任务挑战对整个群系统的姿态提出了较高的要求。因此本文以微纳飞行器群系统为研究背景，重点分析群系统中的各颗卫星以主从模式的编队飞行形式进行空间任务时的姿态协同控制问题。将模糊理论与传统控制方法相结合，设计卫星编队姿态协同智能控制器。主要研究内容包括：
　　（1）针对编队的绝对期望姿态是常值的情况，在不考虑外界干扰的理想情况下，首先设计了PD姿态协同控制器，考虑到合适的PD参数难于调节，在此结构的基础上，设计了基于Mamdani模糊推理法的姿态协同控制器，并进行了数值仿真对比分析。结果表明，模糊控制器的控制性能略优于PD控制器，但是领先效果并不十分明显。考虑到模糊控制器的设计过于依赖人的经验知识，且控制过程欠细腻，其存在一定的弊端。
　　（2）针对编队的绝对期望姿态是时变信号的情况，考虑到卫星的转动惯量和外界干扰存在不确定性因素，采用滑模控制理论设计了姿态协同控制器。为了降低由控制律中的切换项引起的抖振现象，同时不影响系统的鲁棒性，采用双模糊系统对抖振进行抑制。首先构造自适应模糊系统逼近切换控制中的符号函数项，其次运用模糊逻辑规则将整个切换项进行模糊化，双模糊系统的设计有效地削弱了滑模控制中由切换控制项引起的抖振，在消抖的同时保证了系统的强鲁棒性。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 微纳飞行器群任务发展综述

1.3 卫星编队飞行协同控制技术发展概况

1.4 卫星姿态智能控制概况

1.5 本文的主要内容

第二章 姿态协同控制相关理论

2.1 引言

2.2 系统稳定性判定法

2.3 姿态运动学方程和动力学方程

2.4 小结

第三章 模糊控制

3.1 引言

3.2 预备知识

3.3 模糊系统的万能逼近特性

3.4 自适应模糊系统

3.5 小结

第四章 基于模糊控制的编队姿态协同控制

4.1 引言

4.2 PD姿态协同控制器

4.3 基于Mamdani模糊推理法的姿态协同控制器的设计

4.4 数值仿真与结果分析

4.5 小结

第五章 基于自适应模糊滑模控制的编队姿态协同控制

5.1 引言

5.2 滑模控制的基本原理

5.3 滑模控制系统的设计

5.4 自适应模糊算法

5.5 切换项的模糊控制

5.6 数值仿真与结果分析

5.7 小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文