基于分數(shù)階理論的氣浮臺姿態(tài)控制系統(tǒng)設計.pdf

1、在探索外太空的今天,地面氣浮仿真系統(tǒng)是模擬航天器在空間中交會對接、高精度姿態(tài)控制、軌道快速機動、故障診斷等技術的重要手段。本文所研究的實驗室地面氣浮仿真平臺在功能上分為測量部分和控制部分,針對氣浮仿真系統(tǒng)的姿態(tài)控制部分,將近年來新興的分數(shù)階理論應用于控制器設計,分別設計了分數(shù)階PIλDμ控制器和分數(shù)階滑?？刂坡?并針對不同情況下的仿真情形進行仿真驗證。
　　首先,對實驗室的氣浮仿真平臺進行控制系統(tǒng)建模,推導出簡化的動力學模型;給出

2、了修正羅德里格參數(shù)(MRPs)描述氣浮臺的姿態(tài)運動方程,并推導修正羅德里格參數(shù)和歐拉角的相互轉(zhuǎn)換關系。針對地面仿真試驗平臺系統(tǒng),計算仿真平臺的轉(zhuǎn)動慣量,以便控制器設計應用于仿真時能夠更加接近實際系統(tǒng)。其次,介紹了分數(shù)階微積分的定義、常用基本性質(zhì)以及部分實際系統(tǒng)的分數(shù)階微積分表達式。使用改進的Oustaloup濾波器方法對分數(shù)階微積分算子進行近似化和離散化,以此為MATLAB仿真中的數(shù)值實現(xiàn)手段,在此基礎上針對姿態(tài)控制模型,分別設計了分數(shù)

3、階PIλDμ控制器和分數(shù)階滑?？刂坡?。
　　以空間中航天器控制實現(xiàn)為基準,分別設計了無角速度反饋的分數(shù)階PIλDμ控制器和有角速度反饋的分數(shù)階PIλDμ控制器,并針對兩種情況進行仿真。對比仿真結(jié)果可得,在全狀態(tài)信息可知下,姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制精度更高、收斂過程更快,具有更好的控制品質(zhì)。將轉(zhuǎn)動慣量加入不確定性、控制力矩加入干擾,再對系統(tǒng)進行仿真,結(jié)果證明分數(shù)階PIλDμ控制器對系統(tǒng)建模參數(shù)的不確定性和外加力矩干擾具有魯棒性。在傳統(tǒng)滑模