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卫星大角度姿态机动的智能控制方法研究

曲汝鹏  
【摘要】: 随着航天技术的发展,对卫星姿态控制的要求越来越高。为探索卫星姿态控制的新方法,本文根据卫星大角度姿态机动控制的要求和特点,设计了四种控制器:基于Lyapunov的四元数反馈控制器、四元数反馈的模糊控制器、四元数反馈的神经网络控制器和四元数反馈的自适应模糊神经网络控制器。对三轴刚体卫星在惯性定向模式下的大角度姿态机动控制进行了仿真研究,并对控制结果进行了分析、比较。 首先,本文根据卫星大角度姿态机动的非线性模型,采用非线性方法,从Lyapunov函数出发构造控制器结构,提出控制系统渐近稳定条件,设计了基于Lyapunov的四元数反馈控制器,并通过仿真检验了控制系统的控制性能。然后,在基于Lyapunov的四元数反馈控制器结构的基础上,设计了卫星姿态机动的智能控制器——模糊控制器、神经网络控制器和自适应模糊神经网络控制器,并进行了这三种控制器的仿真和仿真结果分析。最后,对四种控制器的控制性能、干扰力矩抑制能力等方面进行了比较。 综合分析这四种控制方法:基于Lyapunov的四元数反馈控制器设计理论体系严格,但是控制系统干扰力矩抑制能力差;四元数反馈的模糊控制器的设计依靠经验和专家知识而不依赖被控对象的数学模型,设计灵活并且具有很好的干扰抑制能力,但是设计过程缺乏严格理论指导;四元数反馈的神经网络控制器具有智能性和鲁棒性,但是计算量大、结构复杂;四元数反馈模糊神经网络控制器结合了模糊逻辑和神经网络的互补性质,控制器的控制规则和控制参数来源于经验和训练数据,控制器的设计有严密的理论依据,既保证了控制性能,又具有干扰力矩抑制能力。


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