基于分?jǐn)?shù)階理論的氣浮臺姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).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(jī)動、故障診斷等技術(shù)的重要手段。本文所研究的實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?shù)階理論應(yīng)用于控制器設(shè)計(jì),分別設(shè)計(jì)了分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器和分?jǐn)?shù)階滑?？刂坡?并針對不同情況下的仿真情形進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　　首先,對實(shí)驗(yàn)室的氣浮仿真平臺進(jìn)行控制系統(tǒng)建模,推導(dǎo)出簡化的動力學(xué)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(yùn)動方程,并推導(dǎo)修正羅德里格參數(shù)和歐拉角的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。針對地面仿真試驗(yàn)平臺系統(tǒng),計(jì)算仿真平臺的轉(zhuǎn)動慣量,以便控制器設(shè)計(jì)應(yīng)用于仿真時(shí)能夠更加接近實(shí)際系統(tǒng)。其次,介紹了分?jǐn)?shù)階微積分的定義、常用基本性質(zhì)以及部分實(shí)際系統(tǒng)的分?jǐn)?shù)階微積分表達(dá)式。使用改進(jìn)的Oustaloup濾波器方法對分?jǐn)?shù)階微積分算子進(jìn)行近似化和離散化,以此為MATLAB仿真中的數(shù)值實(shí)現(xiàn)手段,在此基礎(chǔ)上針對姿態(tài)控制模型,分別設(shè)計(jì)了分?jǐn)?shù)

3、階PIλDμ控制器和分?jǐn)?shù)階滑?？刂坡?。
　　以空間中航天器控制實(shí)現(xiàn)為基準(zhǔn),分別設(shè)計(jì)了無角速度反饋的分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器和有角速度反饋的分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器,并針對兩種情況進(jìn)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(jìn)行仿真,結(jié)果證明分?jǐn)?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