衛(wèi)星姿態(tài)控制的非線性直接設(shè)計(jì)法研究.pdf

1、許多實(shí)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(duì)用非線性系統(tǒng)描述的實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行更好的控制。針對(duì)非線性控制器間接設(shè)計(jì)法存在的主要問(wèn)題，本文重點(diǎn)研究基于線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)的控制器直接設(shè)計(jì)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(jì)方法，并將其應(yīng)用到衛(wèi)星姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)中，研究衛(wèi)星姿態(tài)控制中的最優(yōu)姿態(tài)跟蹤問(wèn)題、干擾抑制問(wèn)題和帶活動(dòng)部件的衛(wèi)星姿態(tài)控制等問(wèn)題。本文的主要研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面：
　　研究了基于

2、線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)的非線性多項(xiàng)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(cè)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(duì)于給定的用線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)表示的多項(xiàng)式非線性系統(tǒng)，提出了兩種基于狀態(tài)估計(jì)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(jì)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(jì)法。首先，對(duì)于給定的用線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)表示的多項(xiàng)式非線性系統(tǒng)，給出了卡爾曼濾波器和狀態(tài)估計(jì)器設(shè)計(jì)方法；在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用分離設(shè)計(jì)原則，給出了一種基于狀態(tài)估計(jì)器的最優(yōu)跟蹤性能狀態(tài)反饋控制器直接設(shè)計(jì)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(jì)方法。最后，將衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程和用四元數(shù)組成的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)學(xué)方程表示的衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程化成線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)，應(yīng)用所設(shè)計(jì)的最優(yōu)跟蹤性能的控制器設(shè)計(jì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，

4、嘗試解決衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)過(guò)程中的最優(yōu)姿態(tài)跟蹤問(wèn)題，數(shù)值仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)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(jì)法。首先，對(duì)于給定的用線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)表示的多項(xiàng)式非線性系統(tǒng)，采用卡爾曼濾波器來(lái)估計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)；然后，針對(duì)狀態(tài)依賴的多項(xiàng)式非線性系統(tǒng)的110D=和110D≠兩種情況分別設(shè)計(jì)滿足誘導(dǎo)2L范數(shù)性能的非線性控制器，設(shè)計(jì)出的控制器既能保證系統(tǒng)穩(wěn)定，又能保證從干擾信號(hào)到跟蹤誤差信號(hào)的誘導(dǎo)2L范數(shù)

5、不超過(guò)某一預(yù)先給定值γ，實(shí)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(duì)于用線性狀態(tài)依賴系統(tǒng)表示的衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程，將誘導(dǎo)2L范數(shù)性能控制器設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到衛(wèi)星姿態(tài)控制中，對(duì)其干擾抑制問(wèn)題進(jìn)行研究，數(shù)值仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)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(duì)帶活動(dòng)部件的衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)控制的設(shè)計(jì)方法。首先，將活動(dòng)部件對(duì)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(dòng)部件