剛體的姿態(tài)控制策略研究.pdf

1、剛體的姿態(tài)控制屬于控制領(lǐng)域中的熱門問題，在航空航天工程、機(jī)器人控制、車輛工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。剛體姿態(tài)控制系統(tǒng)性能的好壞直接關(guān)系到其通訊、測量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)完成的效果。衛(wèi)星方面，對空間運(yùn)行的衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)控制，可有效地保障其運(yùn)動的規(guī)律性和可控性，從而完成期望目標(biāo)。比如，通訊衛(wèi)星需要它的天線始終對準(zhǔn)地面，對地觀測衛(wèi)星則要求它的觀測儀器窗口始終對準(zhǔn)地面。機(jī)器人方面，只有通過控制機(jī)器人的姿態(tài)，滿足工作要求，才能完成其特定的任務(wù)。可見，實(shí)現(xiàn)

2、對剛體的姿態(tài)控制具有理論和工程上的雙重意義。 本論文以衛(wèi)星、機(jī)器人等剛體為主要控制對象，研究剛體姿態(tài)的控制策略，所完成的工作主要包括以下幾個(gè)方面： 第一，通過閱讀大量文獻(xiàn)，對剛體姿態(tài)控制系統(tǒng)在運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、控制策略等方面的主要研究成果、進(jìn)展以及尚未解決的問題進(jìn)行了闡述。系統(tǒng)地描述了姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制方式、控制規(guī)律，總結(jié)了衛(wèi)星、機(jī)器人等剛體姿態(tài)控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)今衛(wèi)星、機(jī)器人等剛體的姿態(tài)控制領(lǐng)域所存在的諸多問

3、題，并提出了本文的研究目標(biāo)。 第二，基于經(jīng)典Newton—Euler方法建立了剛體姿態(tài)控制的動力學(xué)模型。系統(tǒng)研究了描述剛體姿態(tài)的歐拉角法、四元數(shù)法、Rodrigues參數(shù)法以及(w，z)參數(shù)化法，對四種方法進(jìn)行了總結(jié)比較并建立了相應(yīng)的運(yùn)動學(xué)模型。對于所建立的模型，分析了其奇異性及數(shù)學(xué)特點(diǎn)。 第三，針對衛(wèi)星、機(jī)器人等剛體姿態(tài)控制的標(biāo)準(zhǔn)模型，在角速度已知條件下，提出了基于自適應(yīng)方法的控制策略，給出了該控制策略的設(shè)計(jì)步驟，并應(yīng)

4、用李雅普諾夫理論進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，給出了系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到要求狀態(tài)的條件。在保證性能滿足的情況下，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制策略的有效性。 第四，考慮地磁場對剛體姿態(tài)控制的影響，建立了地磁場中剛體的姿態(tài)運(yùn)動模型，針對衛(wèi)星、機(jī)器人等剛體姿態(tài)運(yùn)動的標(biāo)準(zhǔn)模型，在角速度未知條件下，引入高通濾波器獲取誤差向量，提出了相應(yīng)的控制策略，給出了該控制策略的設(shè)計(jì)步驟，并應(yīng)用李雅普諾夫理論進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，給出了系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到要求狀態(tài)的條件。對于