基于Gauss偽譜法的3D擺姿態(tài)最優(yōu)控制研究.pdf

1、本文在航天器工程背景下，以最優(yōu)控制為理論基礎(chǔ)研究了三自由度(3D)剛體擺的姿態(tài)控制問(wèn)題。3D剛體擺是地球靜止軌道衛(wèi)星簡(jiǎn)化的剛體擺模型。它受重力、擾動(dòng)和控制力矩的作用，繞一個(gè)固定的支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的剛體擺模型。它可作為地球靜止軌道衛(wèi)星姿態(tài)問(wèn)題模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>　　由于3D剛體擺系統(tǒng)是一個(gè)受重力、控制力矩作用的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，使得解決3D剛體擺姿態(tài)最優(yōu)控制問(wèn)題面臨許多挑戰(zhàn)，此外3D剛體擺模型在控制過(guò)程中受到多種干擾力矩的影響

2、，很難獲得理想的最優(yōu)控制姿態(tài)軌跡。本文為解決上述問(wèn)題，首先從理論基礎(chǔ)上對(duì)3D剛體擺姿態(tài)控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制算法進(jìn)行了全面深入的研究，提出了基于Gauss偽譜算法的最優(yōu)姿態(tài)控制理論。
　　針對(duì)3D剛體擺最優(yōu)姿態(tài)控制問(wèn)題，基于四元數(shù)和修正型羅格里格參數(shù)來(lái)描述3D剛體擺的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程，建立了3D剛體擺姿態(tài)的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，為了解決3D剛體擺在平衡位置處的姿態(tài)最優(yōu)控制問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于Gauss偽譜算法的最優(yōu)姿態(tài)開(kāi)環(huán)控制器，以Pontry

3、agin極值原理為理論依據(jù)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其開(kāi)環(huán)解在平衡位置的控制姿態(tài)最優(yōu)性。
　　針對(duì)3D剛體擺模型會(huì)受到各種干擾力矩的問(wèn)題，以Bellman最優(yōu)性原理為理論依據(jù)，提出對(duì)開(kāi)環(huán)控制器的優(yōu)化方案。設(shè)計(jì)了閉環(huán)最優(yōu)姿態(tài)控制器，實(shí)現(xiàn)了3D剛體擺在擾動(dòng)下最優(yōu)姿態(tài)控制，同時(shí)使得3D剛體擺模型具有一定的魯棒性。
　　針對(duì)3D剛體擺機(jī)動(dòng)后姿態(tài)穩(wěn)定控制問(wèn)題，采用協(xié)同滑?？刂品椒ㄔO(shè)計(jì)了協(xié)同滑?？刂破?，利用Lyapunov穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行了