3D剛體擺的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)最優(yōu)控制研究.pdf

1、本文以航天器動(dòng)力學(xué)、最優(yōu)控制理論、數(shù)值計(jì)算等多學(xué)科為背景，在參數(shù)優(yōu)化理論的基礎(chǔ)上研究了3D剛體擺的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)軌跡最優(yōu)控制問(wèn)題。3D剛體擺是地球靜止軌道(GEO)航天器的一種簡(jiǎn)化模型，可以描述為一個(gè)繞固定支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的剛體，且支點(diǎn)無(wú)摩擦，剛體在重力作用下能量守恒。
　　由于3D剛體擺運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性和其動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)存在非線(xiàn)性約束的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的數(shù)值求解方法求解3D剛體擺的最優(yōu)控制問(wèn)題十分困難，本文提出基于偽譜法理論的數(shù)值方法求解3D剛體擺的姿態(tài)運(yùn)

2、動(dòng)最優(yōu)控制問(wèn)題。根據(jù)3D剛體擺的受控約化姿態(tài)模型，在插值節(jié)點(diǎn)處來(lái)構(gòu)造具有拉格朗日形式的插值多項(xiàng)式，對(duì)原狀態(tài)參數(shù)和控制輸入?yún)?shù)進(jìn)行變換得到原最優(yōu)控制問(wèn)題的代數(shù)約束形式，利用非線(xiàn)性規(guī)劃來(lái)處理上述代數(shù)約束問(wèn)題。通過(guò)引入松弛參數(shù)，保證算法的收斂性和全局最優(yōu)解的存在性，最后針對(duì)3D剛體擺的懸垂姿態(tài)運(yùn)動(dòng)和倒立姿態(tài)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　　基于粒子群優(yōu)化的思想，結(jié)合偽譜法為上述3D剛體擺的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)最優(yōu)控制問(wèn)題提供合理的初始參考值，設(shè)計(jì)了粒子群初值

3、優(yōu)化算法，提高控制算法全局搜索最優(yōu)解的收斂速度和運(yùn)算效率。對(duì)比隨機(jī)初始參考值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，基于粒子群初值優(yōu)化的最優(yōu)控制方法優(yōu)勢(shì)明顯。
　　在實(shí)際情況中，3D剛體擺會(huì)受到外界擾動(dòng)等因素，如聲音、風(fēng)能和電磁場(chǎng)等干擾，因此3D剛體擺的最優(yōu)控制問(wèn)題還涉及反饋控制問(wèn)題?？紤]存在初始擾動(dòng)的情況下，將3D剛體擺的運(yùn)動(dòng)方程在開(kāi)環(huán)參考軌跡上線(xiàn)性化，把3D剛體擺的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)最優(yōu)控制問(wèn)題轉(zhuǎn)換為姿態(tài)調(diào)節(jié)問(wèn)題，通過(guò)求解時(shí)變反饋的兩點(diǎn)邊值問(wèn)題得到原問(wèn)題的解。仿真