飛行器大角度機動控制研究.pdf

1、本文以基于DSP控制實驗平臺的飛行器大角度姿態(tài)機動教學實驗為背景。針對大角度機動控制具有非線性、強耦合及不確定性等特點,應用李亞普諾夫理論、非線性系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制理論及逆動態(tài)解耦理論,對基于反作用飛輪的大角度姿態(tài)機動控制系統(tǒng)的非線性設(shè)計方法進行仿真和實驗研究。首先,利用誤差四元數(shù)建立了基于反作用飛輪的姿態(tài)機動控制模型,將姿態(tài)機動問題轉(zhuǎn)化為誤差四元數(shù)的調(diào)節(jié)問題,并對模型的不確定性進行了分析;同時對模型中的運算關(guān)系特性進行了證明。然后,采用L

2、yapunov方法分別設(shè)計了獨立于模型的標量增益的線性控制律和矩陣增益的非線性控制律,從理論上分析和證明了在該控制律作用下的閉環(huán)系統(tǒng)是全局漸進穩(wěn)定的;在Matlab環(huán)境下對不同條件和不同形式的控制律進行了仿真,給出了不同控制律下的控制系統(tǒng)性能指標,仿真結(jié)果表明設(shè)計的控制律對模型參數(shù)攝動和外界干擾具有較好的魯棒性。其次,研究了基于變結(jié)構(gòu)和逆動態(tài)解耦理論的控制律設(shè)計方法。選用二次型最優(yōu)法設(shè)計了切換流形,并對滑動模態(tài)的穩(wěn)定性進行了證明,基于指

3、數(shù)趨近律推導了滑?？刂坡刹⑦M行了魯棒性分析;考慮到大角度機動問題具有強耦合特點,又選用了逆動態(tài)理論先對系統(tǒng)進行非線性解耦,再基于變結(jié)構(gòu)控制的魯棒性進行了控制器的設(shè)計;并對所設(shè)計的控制系統(tǒng)進行了仿真,給出了不同控制律下的性能指標,仿真結(jié)果表明所設(shè)計的控制律具有全局漸近穩(wěn)定性和較好的魯棒性。最后,在實驗室現(xiàn)有的基于噴氣執(zhí)行機構(gòu)的大角度機動控制實驗平臺的基礎(chǔ)上,開發(fā)了基于反作用飛輪的單軸大角度姿態(tài)機動控制半實物仿真實驗系統(tǒng);實驗結(jié)果證實了理論