受扰挠性卫星全局稳定姿态跟踪控制

挠性卫星的姿态跟踪控制要求同时考虑卫星本体姿态跟踪和挠性附件振动对姿态跟踪影响。本文针对存在常值扰动和正弦扰动情况时的挠性卫星姿态跟踪控制问题，考虑目标姿态角速度可以时变的一般情形，设计了基于误差四元数的姿态跟踪控制律，并利用Barbalat引理证明了系统的全局稳定性。数学仿真结果表明该控制律能使闭环控制系统的姿态跟踪全局渐近稳定，从而有效消除常值干扰和正弦干扰，保证卫星本体跟踪精度。     

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．     

卫星姿态跟踪的非线性PI控制器设计

针对刚体卫星的姿态跟踪问题,提出了一种新的非线性PI控制器。它不同于传统的全状态反馈控制方案,无需姿态角速度的测量信号,而是通过引入一个一阶低通滤波器来产生伪角速度信号,进而对其进行反馈。同时,采用积分控制以减少或抑制由于常值干扰力矩引起的常值姿态误差。通过Lyapunov方法分析证明了整个闭环系统是渐近稳定的。最后,仿真结果验证了所提出的输出反馈控制律在实现姿态跟踪和干扰抑制方面的有效性。     

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.     

无人驾驶飞行器姿态的非线性扰动抑制控制

本文研究了无人驾驶飞行器(unmanned aerial vehicle,UAV)的姿态跟踪控制问题.针对在飞行器姿态跟踪时存在的系统模型不确定性和外界扰动,提出了一种基于四元数的姿态跟踪控制方法,基于UAV的姿态误差模型分别设计系统的观测器和控制器.首先,以四元数为姿态参数建立系统的非线性误差模型;在此基础之上,设计一种非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)用以在线估计误差模型中的复合扰动,并在控制输入端进行相应的补偿.然后通过设计非线性广义预测控制律设镇定误差系统,实现姿态跟踪.最后基于频域理论分析了非线性干扰观测器的扰动抑制性能.仿真与实验结果表明本文提出的方法在系统存在复合扰动的情况下能使系统姿态有效的跟踪期望值.     

基于对偶四元数的卫星主从式编队姿轨跟踪的优化控制

在对偶四元数的框架下研究了主从式编队卫星相对姿态和相对位置跟踪控制的优化问题.首先,给出了用对偶四元数描述的编队卫星六自由度的相对运动模型.接着,把系统模型拆分为标称系统和扰动系统,对于标称系统,使用李雅普诺夫优化控制技术和轨迹跟踪优化的方法来得到非线性系统的次优解,而对于扰动系统,利用滑模控制来确保闭环系统的鲁棒性,为此把最优控制和滑模控制结合起来提出了一种优化的积分滑模控制器,并通过李雅普诺夫方法严格地证明了整个闭环系统的全局渐近稳定性.最后,通过数学仿真来验证设计方法的有效性和可行性,结果表明本文的方法能够实现编队卫星姿轨跟踪的精确控制,收敛速度较快,得到的性能指标更小,且对模型参数不确定性和外部有界干扰具有较强鲁棒性.     

卫星姿态直接自适应模糊预测控制

对具有模型不确定性和未知外干扰的卫星姿态系统提出了多输入多输出直接自适应模糊预测跟踪控制设计方法. 此方法先基于卫星姿态动力学模型设计出非线性广义预测控制律, 再构造直接自适应模糊控制器逼近预测控制律中因模型不确定性引起的未知项. 文中证明了所设计的控制律能使卫星跟踪给定的期望姿态轨迹, 跟踪误差收敛到原点的小邻域内. 仿真结果验证了此方法的有效性.     

刚体航天器姿态跟踪的高阶滑模控制器设计

针对存在参数不确定性和外加干扰的刚体航天器的姿态跟踪控制问题,提出一种基于高阶滑模的姿态跟踪控制方法．首先介绍高阶滑模控制的基本原理,并建立基于修正罗德里格参数描述的航天器数学模型;然后采用李雅普诺夫第２法推导出高阶滑模姿态控制律．理论分析和仿真结果均表明,该方法能够有效消除系统抖振,实现航天器姿态跟踪的精确定位,并且系统具有全局稳定性和鲁棒性．     

四旋翼无人机轨迹稳定跟踪控制

针对四旋翼无人机轨迹稳定跟踪控制问题,为抑制外界扰动和参数不确定性的影响,设计一种双环鲁棒控制系统.首先,基于动态面内模法设计输出调节器进行位置控制,可解决系统的渐近跟踪及干扰抑制问题;其次,利用高阶滑模设计姿态控制器,可实现全局有限时间收敛,消除系统抖振和相对阶的限制;再次,为进一步提高控制精度,采用一种鲁棒精确微分器对姿态角指令信号进行精确求导;最后,对系统稳定性进行严格的数学证明,并与PID控制和传统滑模控制进行仿真对比,结果验证了所提出控制策略的优越性和鲁棒性.     

全局稳定的含积分项的姿态跟踪控制律

本文采用退步控制方法设计出一种基于姿态误差四元数的含积分项的刚体姿态跟踪控制律。控制律中的积分项是为了消除姿态跟踪控制过程中恒值干扰力矩产生的恒值偏差。本文证明了在平衡点附近线性化后的系统的局部稳定性。又进一步采用巴巴拉特引理，证明了控制律的全局稳定性。最后，通过教学仿真验证了文中结论的正确性。     

航天器姿态跟踪有限时间饱和控制

针对卫星姿态跟踪系统, 在无扰动和有扰动的情况下, 利用双曲正切函数和辅助系统设计两个有限时间饱和控制器. 双曲正切函数可以严格地保证卫星姿态跟踪系统的控制输入是有界的. 通过李雅普诺夫理论可以证明, 系统在两个控制器的作用下既是渐近稳定的又是有限时间稳定的, 系统可以快速收敛到平衡点. 数值仿真进一步表明了所提出的有限时间控制器的有效性.

     

基于动态控制分配的卫星姿态控制系统容错控制北大核心CSCD

针对卫星姿态控制系统执行机构故障情况下的姿态跟踪问题,研究了一种基于动态控制分配的容错控制方法。首先,考虑由卫星转动惯量不确定性与外界干扰组成复合干扰,设计了基于干扰观测器的反步姿态跟踪控制器,利用干扰观测器对复合干扰进行估计,并且采用李雅普诺夫方法分析了闭环系统的稳定性;其次,针对发生乘性执行机构故障的卫星姿态控制系统,设计了基于动态控制分配的容错控制方法,该方法无需对控制律进行调整,而是利用故障信息调整目标函数,通过动态控制分配方法实现容错控制。仿真结果表明,该方法能够在执行机构发生故障情况下有效完成姿态跟踪。     

基于动态控制分配的卫星姿态控制系统容错控制

针对卫星姿态控制系统执行机构故障情况下的姿态跟踪问题,研究了一种基于动态控制分配的容错控制方法。首先,考虑由卫星转动惯量不确定性与外界干扰组成复合干扰,设计了基于干扰观测器的反步姿态跟踪控制器,利用干扰观测器对复合干扰进行估计,并且采用李雅普诺夫方法分析了闭环系统的稳定性;其次,针对发生乘性执行机构故障的卫星姿态控制系统,设计了基于动态控制分配的容错控制方法,该方法无需对控制律进行调整,而是利用故障信息调整目标函数,通过动态控制分配方法实现容错控制。仿真结果表明,该方法能够在执行机构发生故障情况下有效完成姿态跟踪。     

基于干扰观测器的解耦快速终端滑模控制

针对一类欠驱动系统跟踪控制问题,提出了一种基于非线性干扰观测器的全局解耦快速终端滑模控制(NDODGFTSMC)策略。将欠驱动系统分解成两个子系统分别设计全局快速终端滑模面,利用其中一个子系统滑模面的符号函数来构造中间变量,并将该变量引入到另一个子系统的滑模面中,构造出整个系统的滑模面,采用等效控制法和模糊双幂次趋近律求解系统的控制律。同时为了消除系统扰动对控制效果的影响,设计了一种双曲正切非线性干扰观测器对系统干扰进行估计并补偿给控制器。利用Lyapunov稳定原理证明了系统滑模面的渐近稳定性。将该方法应用于小车倒立摆系统的控制中,仿真结果验证了其有效性及优越性。     

航天器姿态跟踪系统的自适应滑模控制

针对存在不确定惯量矩阵和外干扰的刚体航天器姿态跟踪系统,提出了一种自适应滑模控制方法。首先建立了姿态跟踪误差动力学方程,并对刚体航天器跟踪误差动力学定义了滑模,设计了自适应滑模控制律,该控制律的优点在于可以估计系统不确定块,消除了传统滑模控制中对不确定界的要求。Lyapunov分析表明了提出的自适应滑模控制器确保闭环系统取得渐近稳定性。仿真结果验证了提出的控制策略的有效性。     

挠性航天器的非线性PID和PI姿态控制器设计

针对存在模型不确性和常值干扰的挠性航天器, 提出一种不依赖于模型参数的非线性PID姿态控制器. 该控制器在小姿态偏差的情况下近似经典的线性PID控制器. 另外, 考虑到航天器上陀螺失效情况, 设计了一种仅需姿态测量信息的非线性PI控制器. 这两种控制器在局部均对常值干扰有抑制作用, 并能使无干扰作用的姿态控制系统半全局渐近稳定. 闭环系统的稳定性证明采用了奇异扰动理论, 以解决积分项的存在带来的稳定性分析问题. 文章最后用数学仿真验证了控制器的性能.     

一种鲁棒模型参考自适应控制*

针对一类参数未知、具有常值扰动和未建模误差的线性离散系统，此文给出了一种模型参考间接自适应控制算法。该方法在未知系统高频增益符号时，可保证系统的非奇异性。同时，对于上述干扰具有鲁棒性，文中提出的自适应控制器可使闭环系统全局渐近稳定。     

四旋翼无人飞行器的轨迹跟踪与滑模事件驱动控制

四旋翼飞行器作为一个典型的欠驱动的系统,具有强耦合、非线性等特性.针对飞行器外部干扰、和通信资源受限条件下的轨迹跟踪控制问题,进行滑模事件驱动控制方法的研究.首先,分析动力学特性,通过时间尺度分解方法将系统解耦成位置子系统和姿态子系统.其次,将位置子系统转化为严格反馈形式,设计反步滑模控制器,实现位置轨迹稳定跟踪;针对姿态子系统存在时变有界扰动及通信受限,设计滑模事件驱动控制律,在抑制干扰的同时实现对虚拟姿态跟踪指令的跟踪.根据Lyapunov分析方法证明了所设计控制器的稳定性,并通过理论分析证明闭环控制系统不会出现Zeno现象.最后,仿真结果验证了滑模事件驱动控制律在存在外部扰动和通信受限时四旋翼无人飞行器轨迹跟踪的鲁棒性.     

刚体航天器姿态跟踪的高阶滑模控制器设计

针对存在参数不确定性和外加干扰的刚体航天器的姿态跟踪控制问题,提出一种基于高阶滑模的姿态跟踪控制方法．首先介绍高阶滑模控制的基本原理,并建立基于修正罗德里格参数描述的航天器数学模型;然后采用李雅普诺夫第２法推导出高阶滑模姿态控制律．理论分析和仿真结果均表明,该方法能够有效消除系统抖振,实现航天器姿态跟踪的精确定位,并且系统具有全局稳定性和鲁棒性．

     

基于时变增益ESO的航天器无源姿态跟踪控制

针对修正罗德里格参数描述的航天器姿态运动模型,利用扩张状态观测器(ESO)研究无角速度测量下的无源姿态跟踪控制问题.首先,为了削弱常值增益ESO中的峰化现象,设计一种时变增益ESO对角速度和系统的总干扰进行估计;进一步考虑航天器姿态运动的无源特性,结合互连和阻尼分配无源控制(IDA-PBC)理论及backstepping思想设计跟踪控制律;最后,从理论上对闭环系统的稳定性进行严格证明.仿真结果验证了所提出控制方法的有效性.