转动惯量存在不确定性的挠性航天器滑模姿态控制

在转动惯量存在不确定性时,采用滑动模态控制方法对挠性航天器设计了姿态镇定控制律.由于挠性模态是不可量测的,首先设计了部分状态观测器对挠性模态进行估计.进而结合滑模控制方法,提出了基于观测器的滑模姿态控制律.采用Lyapunov方法证明了在存在转动惯量不确定性时,所设计的滑模姿态控制律能使闭环航天器姿态系统稳定.最后,通过数值仿真例子验证了所提出方法的有效性.     

含有参数不确定性的挠性航天器姿态跟踪滑模控制

对有不确定参数的挠性航天器姿态跟踪控制, 提出了一种基于滑模控制的姿态跟踪控制律. 挠性航天器动力学采用混合坐标法进行建模; 构造挠性模态观测器对挠性模态变量进行观测. 基于Lyapunov稳定性原理得到含有挠性模态观测器的滑模控制律, 并给出了全局渐近稳定性的证明. 对各个仿真结果进行比较, 显示出本文提出的滑模控制律针对航天器惯量阵不确定性具有良好的鲁棒性, 而且具有较强的扰动抑制能力.     

挠性航天器鲁棒后步滑模姿态跟踪及主动振动控制

针对挠性航天器姿态跟踪及振动抑制问题,提出一种双回路鲁棒控制方法.首先,采用滑模控制与后步法设,计了姿态跟踪控制器,基于Lyapunov方法分析系统的渐近稳定性,并从实际应用角度考虑了反作用飞轮的动态特性;其次,为抑制挠性结构的振动,采用压电智能材料作为敏感器和作动器,设计了应变速率反馈补偿器.仿真结果表明,所提方法在保证完成姿态跟踪任务的同时,能有效抑制挠性附件的振动.     

基于DDFC的航天器姿态控制器设计方法

对高精度在轨航天器姿态控制问题进行了研究,提出了一个基于直接动态反馈补偿(direct dynamics feedback compen-sation,DDFC)的航天器姿态控制方法.方法使得系统的输入量为执行机构的转速,也就是使得执行机构工作在速率模式,可以避免高频噪声对控制系统的影响,提高系统的可靠性.仿真结果表明,方法可以有效地克服模型参数不确定等非理想因素,航天器的姿态角以较高的精度快速跟踪目标值,最终偏差满足要求,系统性能良好.这种方法物理概念清晰、数学过程简明,便于工程实现.     

挠性航天器大角度机动的全系数自适应控制

本文研究全系数逢适应控制方法在挠性航天器大角度机动控制中的应用。针对中心刚体带挠性板的航天器，设计了包括黄金分割控制、逻辑微分控制和逻辑积分控制的全系数自适应控制方案，并进挠性结构卫星单轴气浮台全物理仿地具实验。     

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...     

基于TS模糊区域模型的航天器姿态控制

由于燃料消耗和柔性部件展开等原因,挠性航天器的姿态动力学方程存在着参数的不确定性,因此,研究参数不确定TS模糊系统的鲁棒控制器设计方法,并将其应用到平面机动挠性航天器的姿态机动控制问题.将参数不确定TS模糊系统描述为TS模糊区域模型,根据PDC原理设计了模糊区域控制器,并用分段Lyapunov法证明了模糊控制系统的全局...     

充液挠性航天器时变滑模控制及振动抑制

针对存在外界未知干扰、参数不确定问题的刚-液-柔多体耦合航天器姿态控制进行了研究.将液体燃料的晃动等效为球摆模型,挠性附件假设为欧拉-伯努利梁,建立了多体耦合航天器动力学方程.首先,设计了积分滑模干扰观测器,使其能够在有限的时间范围内对控制系统的集总扰动实现准确估计;其次,以此干扰观测器为基础,设计了一种时变滑模控制方法,该控制运用双曲正切函数;最后,结合光滑整形技术,设计出零振动指令光滑器,从而抑制液体晃动和挠性附件振动.数值仿真结果表明：本文所设计的控制方案具有可行性和有效性,多模态充液挠性航天器在姿态机动过程中所引起的残余振动可以得到有效抑制.     

一类挠性航天器的变结构控制

本文研究在控制器能量受限条件下，一类挠性航天器的姿态控制问题。考虑刚笥主体上带有挠性梁的航天器，并假定系统在一平面内作旋转运动。本文针对航天控制工程中执行机构的工作模式，基于系统的地 维模型，设计了简单易行的变结构控制方案，并证明了相应的闭环系统的渐近稳定性。     

Distributed attitude synchronization control for multiple flexible spacecraft without modal variable measurement

This paper solves the attitude synchronization and tracking problem for a group of flexible spacecraft without flexible‐mode variable measurement. The spacecraft formation is studied in a leader‐following synchronization scheme with a dynamic virtual leader. With the application of adaptive sliding‐mode control technique, a distributed modified Rodriguez parameters‐based dynamic controller is proposed for flexible spacecraft without requiring modal variable measurement. It is proved that the attitude synchronization and tracking can be achieved asymptotically under the control strategy through the Lyapunov's stability analysis. Furthermore, a distributed robust continuous control algorithm is designed to guarantee the ultimate boundedness of both the attitude tracking error and the modal variable observation error when bounded external disturbances exist. Some numerical simulation examples for multiple flexible spacecraft formation are given to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

大型空间飞行器的高阶滑模姿态控制律设计

针对大型空间飞行器的大角度姿态控制问题,考虑航天器惯量矩阵中的不确定性和外部扰动力矩,应用高阶滑模控制方法设计了姿态跟踪控制律.采用的二阶滑模控制方法改善了系统针对不确定性及外部扰动的鲁棒性,并减弱了振颤现象.针对所设计的控制器进行了仿真验证,并与一阶滑模控制进行了对比,仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

航天器平移及姿态机动自适应终端滑模控制

研究了用于航天器平移及姿态机动的自适应终端滑模控制方法.通过在广义准坐标下建立拉格朗日方程得到了刚体航天器平移及姿态耦合运动的动力学方程.能对存在模型不确定性和环境扰动下的航天器实现平移和姿态机动.该自适应过程包括对不确定性和干扰的估计、有效抑制传统滑模控制的抖振现象.利用李雅普诺夫稳定性理论证明了控制器的可达性和稳定性.通过航天器的位置以及姿态跟踪的数值仿真,验证了所设计控制器的有效性和准确性.     

一种改进的自适应滑模控制及其在航天器姿态控制中的应用

针对刚体航天器的鲁棒姿态控制问题,提出一种改进的自适应滑模控制(ASMC)算法.该算法除了不需要事先知道扰动及系统参数不确定性的上界外,还有效地解决了现有ASMC设计中对切换增益的过度适应问题.该算法具有以下优点:1)自适应的切换增益更接近扰动及参数不确定性的上界,能够产生低抖振的控制信号;2)控制力矩更为平滑,适于工程应用.仿真结果验证了所提出算法的有效性.     

Robust stabilization of spacecraft attitude motion under magnetic control through time‐varying integral sliding mode

Magnetic spacecraft attitude control is suitable for missions with moderate pointing and stabilization requirements. It would be especially preferable if an implemented three‐axis magnetic control law guarantees global and moreover robust stabilization. Motivated by this consideration, in this work, the integral sliding mode control method is successfully applied to the purely magnetic attitude control problem for the first time in literature. The resulting magnetic integral sliding mode control system, which is designed via Lyapunov's direct method by taking the four major environmental disturbance torques and the full inertia matrix uncertainty into account, has the expected insensitivity against environmental disturbances in the plane of continuous actuation. Along the instantaneous direction of underactuation, which continuously varies in control space as the satellite moves along the orbit, there is no counteraction to perturbations. However, as seen in the results of the high‐fidelity simulation, state trajectories are ultimately bounded in the vicinity of the reference state independently from the initial state thanks to the proven robustness of the global stability. Performance robustness of the obtained control system against disturbances and model uncertainty is evaluated to be superior through a couple of comparisons with existing control laws even though it is partial due to the intrinsic underactuation in the system.     

航天器自适应快速非奇异终端滑模容错控制

针对存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障的航天器姿态跟踪控制问题,本文提出了基于自适应快速非奇异终端滑模的有限时间收敛故障容错控制方案.通过引入能够避免奇异点,且具有有限时间收敛特性的快速非奇异终端滑模面,设计了满足多约束条件有限时间收敛的姿态跟踪容错控制律,利用参数自适应方法使控制器不依赖转动惯量和外部干扰的上界信息.Lyapunov稳定性分析表明:在存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定以及执行器故障等约束条件下,本文设计的控制律能够保证闭环系统的快速收敛性,而且对执行器故障具有良好的容错性能.数值仿真校验了该控制律在姿态跟踪控制中的优良性能.     

Decentralized sliding mode control for flexible link robots

A technique using augmented sliding mode control for robust, real-time control of flexible multiple link robots is presented. For the purpose of controller design, the n-link, n-joint robot is subdivided into n single joint, single link subsystems. A sliding surface for each subsystem is specified so as to be globally, asymptotically stable. Each sliding surface contains rigid-body angular velocity, angular displacement and flexible body generalized velocities. The flexible body generalized accelerations are treated as disturbances during the controller design. This has the advantage of not requiring explicit equations for the flexible body motion. The result is n single input, single output controllers acting at the n joints of the robot, controlling rigid body angular displacement and providing damping for flexible body modes. Furthermore, the n controllers can be operated in parallel so that compute speed is independent of the number of links, affording real-time, robust, control.     

基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模再入姿态控制

针对再入飞行器鲁棒姿态控制问题, 提出一种基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模控制器设计方法. 首先, 设计了一种时变滑模面, 并在此基础上推导了相应的时变滑模控制律, 其中滑模控制中切换增益通过一种自适应算法获得, 消除了控制器设计过程中对系统不确定性上界已知的要求; 然后, 利用高阶滑模观测器对控制器设计过程中用到的姿态角导数信息进行观测, 同时能够获得系统扰动估计值, 从而构造一种基于观测器的控制器形式; 最后, 通过仿真验证了所提出的控制算法在提高再入飞行器姿态控制精度以及系统鲁棒性方面的有效性.