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基于模糊控制的卫星姿态控制方法研究

王蜀泉  
【摘要】:随着航天技术的发展,人们对卫星姿态控制的要求越来越高。为探索用于卫星姿态控制的新方法,本文根据卫星姿态控制的要求和特点,设计了三种控制器:I/O(输入/输出)解耦PID 控制器、Mamdani 型纯模糊控制器和I/O 解耦自适应模糊控制器,并用这三种方法对三轴稳定卫星姿态机动控制进行了仿真研究,对其控制效果进行了分析比较。 本论文分别以三轴稳定刚性卫星姿态控制和带太阳帆板的三轴稳定卫星姿态控制为研究对象,建立了控制系统数学模型。 传统的PID 控制在卫星姿态控制领域已是应用成熟的工程方法,目前在轨卫星的姿态控制大都采用PID 控制。I/O 解耦PID 控制器设计过程严密,紧扣卫星动力学模型,在小扰动和卫星转动惯量变化较小时能够获得良好的控制效果。但缺点是当转动惯量变化比较大时控制效果变差。利用语言信息和经验设计的Mamdani 型模糊控制器在小扰动情况下和卫星转动惯量变化较大时都能获得良好的控制效果。将I/O 解耦方法和自适应模糊控制相结合设计的I/O 解耦自适应模糊控制器的控制性能与Mamdani 型纯模糊控制器相当,也具有很强的鲁棒性。与Mamdani 型纯模糊控制器相比,I/O 解耦自适应模糊控制器的优点是只需要很少的初始语言信息,通过在控制过程中调整参数,就能达到良好的控制效果。此外,由于自适应控制律的设计是建立在李雅普诺夫稳定基础上的,控制系统的稳定性能够得到保障。 综合分析、比较I/O 解耦PID 控制、Mamdani 型纯模糊控制和I/O 解耦自适应模糊控制这三种方法,I/O 解耦自适应模糊控制对模型依赖性小、设计灵活、鲁棒性强,相信该方法在要求高可靠性的卫星姿态控制领域将有较大的应用价值。


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