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光电跟踪系统中的刚体姿态控制

樊兆均  
【摘要】: 刚体姿态控制问题近年来取得了许多重大成果,在空间站控制、机器人控制、飞 行控制等领域都有广泛的应用。本文也就光电跟踪系统的特点,采用四元数参数描述 刚体姿态,解决了光电跟踪系统中的姿态控制问题。 本文首先给出光电跟踪系统基本框架,从而引出姿态控制问题。然后用单位四元 数解决刚体运动学奇异性问题,从动力学和运动学两方面对目标进行全局描述,并结 合李雅普诺夫第二分析方法得到基于误差四元数的姿态/速率控制器,从而使系统实 现了全局、大误差跟踪。文中还就姿态运动的零动态、作动器饱和、参数不确定性以 及鲁棒控制等问题作了详细阐述。 其次,为了实现光电传感器完成一定的作战任务,载机实现了典型的直线、圆周、 螺旋曲线运动。解决了以往的设计中传感器平台的跟踪指令为正弦,阶梯或斜坡等典 型输入,改善了系统的跟踪性能。载机典型航迹运动采用沿预定航迹飞行的误差量的 比例和积分控制器设计方法。 最后,将刚体姿态控制理论应用于光电跟踪系统,结合载机做典型航迹运动。不 仅验证了基于误差四元数的姿态/速率控制器的全局、大误差跟踪,解决了传感器平 台跟踪指令的不可解析性,还缓解了作动器饱和现象。仿真结果表明控制器具有良好 的动态跟踪性能,在光电跟踪系统及其他领域有很好的应用前景。


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