發(fā)布時間：2020-05-21 19:04

【摘要】：伴隨航天事業(yè)的發(fā)展,航天任務(wù)、航天器結(jié)構(gòu)與功能也日漸復雜,使得航天器的載荷附件種類日益豐富、自動化程度隨之提高,攜帶諸如空間撓性機械臂、大型天線、太陽帆板等大型撓性附件的在軌航天器越來越多,其系統(tǒng)的復雜程度也越來越高。在復雜的空間環(huán)境中,這種復雜航天器系統(tǒng)的傳感器、執(zhí)行器等出現(xiàn)故障的概率也越來越大,一旦在軌階段發(fā)生故障,無論是采用在軌維修技術(shù)還是放棄航天器的部分功能都要付出高昂的代價,而采用容錯控制則可以在很大程度上解決這個問題。本文以撓性航天器作為研究對象,綜合考慮航天器的撓性干擾以及常見故障,基于自適應(yīng)滑�？刂评碚撗芯繐闲院教炱鞯娜蒎e控制問題,主要研究內(nèi)容如下:首先考慮用姿態(tài)四元數(shù)描述航天器的運動學方程,直接給出基于假設(shè)模態(tài)法的撓性航天器的動力學方程,并對撓性模態(tài)及干擾進行初步的分析,同時對于執(zhí)行機構(gòu)的故障類型及數(shù)學模型進行簡要的分析說明,并且引入相關(guān)滑�？刂评碚摰幕局R。其次考慮執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生乘性故障的容錯控制問題,先考慮對故障元素直接進行自適應(yīng)估計,利用對其求逆基于一般線性滑模面進行容錯控制器的設(shè)計。進一步考慮控制輸入受限,采用自適應(yīng)滑模面來設(shè)計滿足輸入飽和要求的控制器,并結(jié)合求逆的補償策略完成了自適應(yīng)滑�？刂破鞯脑O(shè)計并實現(xiàn)對乘性故障的容錯控制。然后考慮對未知故障元素進行間接估計情況,采用二階滑模面保證控制器的輸出平滑,通過對故障元素進行分離與撓性干擾進行綜合估計,結(jié)合控制系統(tǒng)模型和Lyapunov穩(wěn)定性理論完成對自適應(yīng)滑模容錯控制器的設(shè)計,并實現(xiàn)了有限時間的容錯控制。最后利用勢函數(shù)的特性重新設(shè)計一種全新的不依賴于模型和Lyapunov穩(wěn)定性原理的自適應(yīng)更新律,將其用于滑�？刂破鞯脑鲆嫦禂�(shù)的自適應(yīng)更新�；诖嗽O(shè)計了一種自適應(yīng)滑�？刂破鲗崿F(xiàn)對撓性航天器執(zhí)行機構(gòu)故障的容錯控制,減少執(zhí)行器故障對姿態(tài)機動控制的影響,并充分使控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時的滑�？刂破鞴逃械亩墩駵p弱,并且對外部不確定干擾具有良好的魯棒性。
【圖文】：

圖 1-1 JCSat-1B 衛(wèi)星技術(shù)日趨成熟的現(xiàn)在，航天器需要承擔更多多元化的空間器各式部件的增多，這就導致航天器撓性的增大，這進一步。比如國際空間站就安裝十對多的太陽能帆板，又或是 2五院研制高分三號 SAR 衛(wèi)星，如圖 1-2 所示，除了展開的了用于完成 SAR 任務(wù)星載天線，這對高分辨率成像質(zhì)量提對航天器的控制問題不再局限于剛體，撓性航天器逐漸成為

圖 1-1 JCSat-1B 衛(wèi)星在航天技術(shù)日趨成熟的現(xiàn)在，，航天器需要承擔更多多元化的空間任務(wù)，這勢必將導致航天器各式部件的增多，這就導致航天器撓性的增大，這進一步影響航天器的控制問題。比如國際空間站就安裝十對多的太陽能帆板，又或是 2016 年中國航天科技集團五院研制高分三號 SAR 衛(wèi)星，如圖 1-2 所示，除了展開的雙太陽能帆板外還攜帶了用于完成 SAR 任務(wù)星載天線，這對高分辨率成像質(zhì)量提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。因此對航天器的控制問題不再局限于剛體，撓性航天器逐漸成為研究的主要對象。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V448.2

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