带有挠性附件卫星的自适应内模控制

挠性部件诱导的振动干扰有时严重影响大型卫星姿态指向和稳定度。为了保证姿态控制的高精度和高稳定度,本文导出了带有“拍打”运动的挠性卫星数学模型,并指出模型的不确定性;给出了卫星姿态控制器的基本形式,分析了控制器参数的选取准则以保证姿态控制系统的稳定性;进而利用在轨辨识在线修正控制器参数形成了卫星姿态的自适应内模控制器。分析和实验表明,本文提出的自适应内模控制器能够有效提高大型卫星的姿态指向精度和稳定度。     

受扰挠性卫星角动量反馈控制

卫星上一般安装动量轮做为控制系统的执行机构。动量轮角动量间接反映卫星姿态角速度信息，将动量轮角动量的测量信息引入反馈控制系统，为高稳定度卫星姿态控制开辟了另一有效途径。本文给出了角动量反馈控制器的具体形式，证明了挠性卫星闭环系统稳定性，分析了控制系统对周期性干扰的抑制特性，进行了控制系统稳态精度分析。结果表明，角动量反馈控制方法为提高受周期性干扰的挠性卫星姿态控制稳定度提供了一条有效途径。     

带有超大型挠性网状天线航天器姿控系统的参数化多目标设计

本文研究了带有超大型挠性附件的卫星的姿态控制问题.关于挠性航天器振动抑制与姿态控制,绝大多数已有的控制方法都是针对某一单一指标提出的.然而工程上要同时兼顾精度、快速性、平稳性、挠性部件的振动抑制以及各种鲁棒性,因此挠性航天器的姿态控制系统设计实际上是一个典型的多目标设计问题.本文针对具有超大挠性网状天线卫星的俯仰通道姿态系统,提出了一种基于输出反馈的鲁棒极点配置的参数化多目标设计方法.首先给出了系统能控与能观的充分必要条件,然后给出了动态补偿器以及特征向量矩阵的参数化表达,并在此基础上进一步对自由参向量进行了多目标优化,使得控制系统具有:1)配置到期望区域的极点; 2)较低的特征值灵敏度;3)较强的高阶未建模动态抑制能力; 4)尽可能小的控制增益.最后,本文根据卫星工程参数进行了控制器设计与仿真验证,仿真结果表明本文提出的方法可以在动态响应、高阶未建模动态抑制能力、控制量峰值等方面优于传统的PID控制器.     

基于自适应模糊与输入输出线性化的卫星姿态控制

将自适应模糊控制与输入输出线性化控制相结合，构成混合控制器，并将其应用于挠性卫星的姿态机动控制．给出了卫星姿态控制器的基本形式，分析了控制器参数的选取准则．在线调节自适应模糊控制器的参数，以补偿不确定性卫星的姿态跟踪误差．仿真结果表明，该控制算法通过在线学习能有效地克服挠性卫星的不确定性，具有较强的鲁棒性，从而有效地提高了挠性卫星的姿态控制精度．     

挠性卫星的变结构姿态控制

将输入输出线性化控制与自适应模糊滑模控制相结合,并将其应用于挠性卫星姿态机动控制中.给出了卫星姿态控制器的基本形式.用自适应模糊控制逼近滑模控制中非线性控制分量,并推导了模糊规则参数调整的自适应律.在线调节自适应模糊控制器的参数以克服挠性卫星的不确定性,具有较强的鲁棒性.仿真结果表明该方法实现了较高精度的卫星姿态控制.     

基于路径规划的挠性航天器姿态自适应控制

针对挠性航天器存在动力学参数不确定性以及三轴非线性强耦合的特点,提出了一种基于余弦函数路径规划的姿态自适应控制方法。首先,分析挠性航天器动力学模型,给出了其姿态控制系统的总体结构;然后,为有效抑制挠性附件振动对控制性能的影响,设计了一种余弦角加速度姿态路径规划方法对指令信号进行柔化,以减少指令信号中的高频成分;最后,将柔化指令信号作为控制系统的期望输入信号,并采用基于多输入多输出特征建模理论,设计了姿态自适应跟踪控制器。通过MATLAB/Simulink仿真,验证了所提姿态控制策略的有效性。     

无陀螺大挠性多体卫星的自抗扰姿态控制

研究了最近提出的非线性自抗扰控制器在大挠性多体卫星姿态控制中的应用问题。在无陀螺测量情况下 ,提出了一种自抗扰姿态控制器 ,并与使用于某挠性卫星的有陀螺测量的古典PID姿态控制器 ,从鲁棒性、干扰抑制、动静态性能指标和振动抑制等方面进行了比较。在考虑了反作用轮和敏感器的实际非线性和敏感器噪声影响情况下 ,仿真表明 :自抗扰姿态控制器 ,除在振动抑制和控制误差精度方面略差外 ,其它各方面均优于古典PID姿态控制器。该文提出的自抗扰姿态控制器 ,在无陀螺或陀螺故障下 ,实现挠性多体卫星的高精度高稳定度姿态控制 ,具有实际的应用价值     

带有干扰的挠性卫星非线性姿态输出反馈控制

针对挠性卫星在飞行过程中存在参数不确定性、干扰（常值扰动和正弦扰动）及挠性附件的振动控制问题,提出了一类基于输出反馈控制系统的鲁棒设计方法,该设计仅利用姿态四元数输出信息,而无需角速度、挠性变形位移及其速率测量信息;同时,在控制中又引入积分环节用于减小常值干扰引起的稳态误差,并且控制器参数的选者并不依赖于系统参数,基于Lyapunov理论证明了所设计的控制器保证了姿态的稳定和模态振动的衰减;最后,将该方法应用于挠性卫星的姿态机动控制,仿真结果表明该控制器不仅对参数不确定性具有很好的鲁棒性,而且能够有效消除常值干扰和正弦干扰的影响,在完成姿态机动控制的同时,能够抑制挠性附件的结构振动,具有良好的过渡过程品质．     

预测增量动态逆无人机姿态控制

针对小型无人机模型参数精度不高的问题,提出一种预测增量动态逆姿态控制方法。该方法以角加速度作为姿态控制的反馈,从而降低了控制系统对模型参数的敏感性。根据无人机力矩方程,先将角加速度计算式写成增量形式;再根据非线性动态逆方法构建出角加速度为隐式输入、舵面偏转量增量为输出的直接关系式;在控制器中引入预测滤波器,对角加速度进行滤波和预测,提高反馈信号的精度和实时性。飞行实验表明方法是有效性的。     

三轴稳定挠性卫星姿态机动时变滑模变结构和主动振动控制

针对带有控制受限的挠性卫星的姿态机动和振动控制问题, 给出了一类仅利用输出信息的变结构控制和 基于智能材料的主动振动控制技术相结合的复合控制方法. 首先给出变结构姿态控制器的设计来完成卫星姿态机动, 并给出一种切换机制以实现挠性卫星快速姿态机动; 其次, 采用分布式压电元件作为作动器, 设计了应变速率反馈补偿器以增加挠性结构的阻尼, 使其振动能够很快衰减. 最后, 将本文提出的方法应用于三轴稳定挠性卫星的姿态机动控制, 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.     

卫星姿态的状态转移控制

本文面向卫星的应用需求,对卫星姿态的运动学和动力学进行了分析与建模.利用反馈线性化,将姿态运动的高阶非线性项包含在姿态控制中,通过局部动态线性化,将动力学系统近似为定常系统.通过幂级数法对系统进行了状态转移过程的求解.采用模型预测的方法获得姿态角和姿态角速度的预期偏差.通过广义逆变换构造关于偏差的最小范数、最小二乘控制器.提出了一种基于状态转移的卫星姿态机动、跟踪与稳定控制的新方法.控制器的参数具有根据系统采样周期和当前状态时变自适应的特点.考虑帆板挠性及多种偏差和噪声影响,仿真验证了方法的可行性和有效性.     

挠性航天器姿态机动的变结构主动振动抑制

针对挠性航天器大角度姿态机动的振动抑制问题, 提出了一种双回路鲁棒主动振动控制方法. 首先, 对各低阶振动模态设计正位置反馈补偿器, 增加挠性模态的阻尼, 使其振动能够快速衰减; 然后, 基于变结构输出反馈控制理论, 给出控制器的设计方法. 最后, 将该方法应用于挠性航天器姿态机动控制, 仿真结果表明, 所提出的方法是可行而有效的.     

基于动态滑模控制的挠性航天器姿态控制

本文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.首先,建立了挠性航天器的数学模型.其中,挠性航天器的运动学方程采用姿态四元数描述.然后,通过引入动态切换函数,设计挠性航天器的动态滑模姿态控制律.该控制律能对滑模姿态控制律中由符号函数项引起的抖振进行抑制.采用Lyapunov方法证明了所设计的动态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.     

挠性结构的输出反馈低阶自适应控制

在模型参考自适应方法的框架上,研究了挠性空间结构的输出反馈鲁棒自适应控制方法,对其稳定性与动态性能进行了理论分析,该方法通过在标准控制律中增加控制补偿项,利用挠性结构的特点,将所能容许的乘性模型不确定性的H∞范数提高到接近1的程度,控制系统的动态性能可由控制器的设计参数调节.对该方法进行了数值实验验证.     

线性时变系统的一种鲁棒镇定控制器设计方法

针对一类线性时变系统提出一种状态反馈镇定控制器设计方法,该反馈控制器能将线性时变系统转化为一个稳定的定常闭环系统.借助线性系统的特征结构配置参数化方法,得到含待求参数的控制器解析形式,并给出控制器的可解性判据.在满足可解性的基础上,进一步对控制器进行了多目标优化设计,使其在保证系统稳定性的同时,具有良好的鲁棒性和干扰抑制能力.通过一个时变卫星姿态控制系统的实际设计表明了该方法的有效性.     

四旋翼飞行器的模型参考自适应控制研究

针对四旋翼飞行器的姿态控制中的受扰动问题,提出了使用模型参考自适应算法加强四旋翼飞行器的姿态稳定性;常规控制器对四旋翼飞行器受扰时的控制很不理想,模型参考自适应控制器在外部干扰或环境影响出现时,能够结合参考模型,提高控制系统的动态品质;结合动力学模型并加以适当简化,设计了常规反馈控制器和模型参考自适应控制器,并进行了数据仿真实验;结果表明,模型参考自适应控制器能够在很大的范围内有效屏蔽干扰,缩短稳定控制时间,验证该算法在四旋翼飞行器姿态控制中是可行有效的。     

多输入–多输出非线性系统的特征模型及在挠性卫星姿态控制中的应用

研究多输入–多输出（MIMO）高阶非仿射非线性系统的特征建模问题.首先证明了MIMO高阶非仿射非线性系统的特征模型可用二阶时变差分方程组描述,并给出了特征模型的建模误差.然后设计了基于特征模型的自适应模糊广义预测控制器,利用Lyapunov方法分析了闭环系统的稳定性.由于控制结构中使用了分层模糊逻辑系统,从而极大减少了模糊规则和可调参数的个数,提高了控制的实时性.通过对挠性卫星姿态控制的仿真研究验证了所给控制方案的有效性,可实现高精度的姿态控制,且该方法具有较强的鲁棒性.     

基于气动力矩和模型预测的LEO卫星角动量管理算法

为抑制气动力矩对近地轨道(LEO)卫星姿态控制系统的影响,改善卫星电磁环境,设计一种基于气动力矩和模型预测的LEO卫星角动量管理算法,利用气动力矩管理卫星角动量并通过磁力矩器辅助提高角动量管理效率和可靠性.利用所设计的角动量管理算法构建卫星姿态动力学的线性化模型和姿态控制律,预测角动量变化趋势;通过在卫星太阳阵常规运动上附加额外的小角度偏转,将LEO卫星主导摄动力矩的气动力矩转化为管理卫星角动量的控制力矩.仿真实验表明,与传统的角动量管理策略相比,所设计的角动量管理算法通过将气动力矩转化为角动量管理控制力矩,能够有效节省卫星角动量管理的消耗.此外,该算法在不增加物理机构的前提下可以作为卫星的备用角动量管理策略,能够显著增强卫星姿态系统的可靠性和鲁棒性.     

基于SSA-模糊PID的AUV姿态控制研究

针对AUV高精度、高稳定性姿态控制的提升需求,提出一种结合麻雀算法(SSA)和模糊PID控制的姿态控制器。采用麻雀算法对模糊PID控制器参数进行优化,并将寻优后模型用于算法的反馈补偿,有效解决了模糊PID控制过度依赖经验,难以应对水下复杂工况的问题。仿真结果表明,SSA-模糊PID控制器在AUV姿态调节中表现出较传统模糊PID控制器更好的响应速度和抗干扰能力,有效改善了AUV姿态控制性能。经实际应用验证,控制器在复杂工况下可快速收敛至期望姿态并维持稳定。     

基于PID神经网络控制器的飞控系统设计

BP神经网络已被广泛应用于PID控制器的优化调参,但这种调参方法具有收敛速度慢、学习时间长、连接权重初值为随机值、易于陷入局部极小等缺点.本文提出了一种不同于用BP网络调整PID参数的新的融合方法:PID神经网络控制器(PIDNN):该控制器不仅能克服以上缺点,而且具有很好的鲁棒性.本文对PIDNN在某无人机姿态控制系统的应用进行了仿真研究,仿真结果表明该控制器能够大大地改善姿态控制系统性能.