衛(wèi)星姿態(tài)控制的非線性直接設(shè)計法研究.pdf

1、許多實際系統(tǒng)都能用非線性方法精確描述，非線性控制方法可以對用非線性系統(tǒng)描述的實際系統(tǒng)進(jìn)行更好的控制。針對非線性控制器間接設(shè)計法存在的主要問題，本文重點研究基于線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)的控制器直接設(shè)計方法，提出了兩類既能保證系統(tǒng)穩(wěn)定性又提高系統(tǒng)性能的非線性控制器直接設(shè)計方法，并將其應(yīng)用到衛(wèi)星姿態(tài)控制器設(shè)計中，研究衛(wèi)星姿態(tài)控制中的最優(yōu)姿態(tài)跟蹤問題、干擾抑制問題和帶活動部件的衛(wèi)星姿態(tài)控制等問題。本文的主要研究內(nèi)容有以下幾個方面：
　　研究了基于

2、線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)的非線性多項式系統(tǒng)分析和綜合方法。首先給出了線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)基于SOS的二次穩(wěn)定性和指數(shù)穩(wěn)定性的判定方法，并給出了線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)基于SOS的二次可鎮(zhèn)定性和二次可觀測性的判定方法；接著，給出了線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)基于SOS的跟蹤性能和誘導(dǎo)2L范數(shù)性能等兩種性能分析，最后，對于給定的用線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)表示的多項式非線性系統(tǒng)，提出了兩種基于狀態(tài)估計器和卡爾曼濾波器的狀態(tài)反饋鎮(zhèn)定控制器直接設(shè)計方法。
　　研究了兩種最優(yōu)跟蹤性

3、能的非線性控制器直接設(shè)計法。首先，對于給定的用線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)表示的多項式非線性系統(tǒng)，給出了卡爾曼濾波器和狀態(tài)估計器設(shè)計方法；在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用分離設(shè)計原則，給出了一種基于狀態(tài)估計器的最優(yōu)跟蹤性能狀態(tài)反饋控制器直接設(shè)計方法，和一種基于卡爾曼濾波器的最優(yōu)跟蹤性能狀態(tài)反饋控制器直接設(shè)計方法。最后，將衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)方程和用四元數(shù)組成的衛(wèi)星運動學(xué)方程表示的衛(wèi)星姿態(tài)運動方程化成線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)，應(yīng)用所設(shè)計的最優(yōu)跟蹤性能的控制器設(shè)計衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，

4、嘗試解決衛(wèi)星姿態(tài)機動過程中的最優(yōu)姿態(tài)跟蹤問題，數(shù)值仿真驗證了所設(shè)計最優(yōu)跟蹤性能控制器的有效性和可行性。
　　提出了一種誘導(dǎo)2L范數(shù)性能控制器直接設(shè)計法。首先，對于給定的用線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)表示的多項式非線性系統(tǒng)，采用卡爾曼濾波器來估計系統(tǒng)的狀態(tài)；然后，針對狀態(tài)依賴的多項式非線性系統(tǒng)的110D=和110D≠兩種情況分別設(shè)計滿足誘導(dǎo)2L范數(shù)性能的非線性控制器，設(shè)計出的控制器既能保證系統(tǒng)穩(wěn)定，又能保證從干擾信號到跟蹤誤差信號的誘導(dǎo)2L范數(shù)

5、不超過某一預(yù)先給定值γ，實現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定基礎(chǔ)上的干擾抑制功能和ADD功能；最后，對于用線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)表示的衛(wèi)星姿態(tài)運動方程，將誘導(dǎo)2L范數(shù)性能控制器設(shè)計方法應(yīng)用到衛(wèi)星姿態(tài)控制中，對其干擾抑制問題進(jìn)行研究，數(shù)值仿真驗證了所設(shè)計誘導(dǎo)2L范數(shù)性能控制器的有效性和可行性。
　　提出了應(yīng)用最優(yōu)跟蹤性能控制器和誘導(dǎo)2L范數(shù)性能控制器對帶活動部件的衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)控制的設(shè)計方法。首先，將活動部件對衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的耦合當(dāng)作外部干擾，提出將帶活動部件