基于Gauss偽譜法的3D擺姿態(tài)最優(yōu)控制研究.pdf

1、本文在航天器工程背景下，以最優(yōu)控制為理論基礎(chǔ)研究了三自由度(3D)剛體擺的姿態(tài)控制問題。3D剛體擺是地球靜止軌道衛(wèi)星簡化的剛體擺模型。它受重力、擾動和控制力矩的作用，繞一個固定的支點旋轉(zhuǎn)，具有三個轉(zhuǎn)動自由度的剛體擺模型。它可作為地球靜止軌道衛(wèi)星姿態(tài)問題模擬實驗模型。
　　由于3D剛體擺系統(tǒng)是一個受重力、控制力矩作用的復雜非線性系統(tǒng)，使得解決3D剛體擺姿態(tài)最優(yōu)控制問題面臨許多挑戰(zhàn)，此外3D剛體擺模型在控制過程中受到多種干擾力矩的影響

2、，很難獲得理想的最優(yōu)控制姿態(tài)軌跡。本文為解決上述問題，首先從理論基礎(chǔ)上對3D剛體擺姿態(tài)控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制算法進行了全面深入的研究，提出了基于Gauss偽譜算法的最優(yōu)姿態(tài)控制理論。
　　針對3D剛體擺最優(yōu)姿態(tài)控制問題，基于四元數(shù)和修正型羅格里格參數(shù)來描述3D剛體擺的姿態(tài)運動方程，建立了3D剛體擺姿態(tài)的動力學和運動學方程，為了解決3D剛體擺在平衡位置處的姿態(tài)最優(yōu)控制問題，設(shè)計了基于Gauss偽譜算法的最優(yōu)姿態(tài)開環(huán)控制器，以Pontry

3、agin極值原理為理論依據(jù)，通過仿真實驗驗證了其開環(huán)解在平衡位置的控制姿態(tài)最優(yōu)性。
　　針對3D剛體擺模型會受到各種干擾力矩的問題，以Bellman最優(yōu)性原理為理論依據(jù)，提出對開環(huán)控制器的優(yōu)化方案。設(shè)計了閉環(huán)最優(yōu)姿態(tài)控制器，實現(xiàn)了3D剛體擺在擾動下最優(yōu)姿態(tài)控制，同時使得3D剛體擺模型具有一定的魯棒性。
　　針對3D剛體擺機動后姿態(tài)穩(wěn)定控制問題，采用協(xié)同滑模控制方法設(shè)計了協(xié)同滑?？刂破?，利用Lyapunov穩(wěn)定性分析方法進行了