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小型航天器浸入与不变自适应反步姿态跟踪
  • ISSN号:0367-6234
  • 期刊名称:哈尔滨工业大学学报
  • 时间:2014.7.30
  • 页码:60-68
  • 分类:V448[航空宇航科学与技术—飞行器设计;航空宇航科学技术]
  • 作者机构:[1]第二炮兵工程大学控制工程系,西安710025, [2]哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心,哈尔滨150001
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(61203007,61203125);黑龙江省博士后基金资助项目( LBH-Z13076);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(HIT. NSRIF.2013039).
  • 相关项目:具有输入饱和非线性的导引与控制一体化全耦合设计方法研究
中文摘要:

针对具有惯性张量不确定性、外干扰及饱和限制的小型航天器非线性姿态跟踪问题,将反步法和系统浸入与流形不变理论相结合,提出了分块自适应约束控制结构。航天器姿态模型由修正罗德里格参数进行全局非奇异描述。在设计反步控制器时,引入指令滤波器和修正跟踪误差信号以施加系统状态和执行器的饱和限制,同时较容易地获得虚拟控制导数。为提高反步控制器的鲁棒性和性能,利用基于不变流形的非线性观测器对时变的系统“总干扰”进行在线估计补偿。由于不变流形方法使得估计误差具有指定的一致稳定动态,因而该分块自适应控制器比传统的自适应反步控制器更容易调节,且性能不受未知的估计律动态的影响。李亚普诺夫直接方法证明了估计误差有界性和闭环系统输入状态稳定。数值仿真表明,与传统方法相比,所提出的控制器结构具有更高的姿态跟踪性能和干扰估计精度。

英文摘要:

A modular adaptive controller is proposed for the nonlinear attitude tracking of micro-spacecraft in the presence of uncertain inertial tensor, external disturbances and saturation constraints, which combines the theory of system immersion and manifold invariance ( I&I ) and constrained backstepping. Firstly, the spacecraft attitude is globally represented by modified Rodrigues parameters. Then the backstepping controller is derived to implement any operating constraints and obtain the derivatives of virtual control easily by introducing command filters and modified tracking errors. To improve the robustness of baseline controller, the nonlinear estimator is constructed based on I&I to estimate and compensate the time-varying total disturbances on line. Because the I&I approach allows for prescribed uniformly stable dynamics to be assigned to the estimation error, the resulting modular adaptive controller is easier to tune compared to classical adaptive backstepping. And its performance does not suffer from unpredictable dynamical behavior of the estimation laws. The closed-loop input-to-state stability and boundedness of the estimation error are guaranteed by Lyapunov direct method. Comparative simulations state that the proposed controller is successful in achieving high attitude performance and precise estimation of disturbance.

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期刊信息
  • 《哈尔滨工业大学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中华人民共和国工业和信息化部
  • 主办单位:哈尔滨工业大学
  • 主编:冷劲松
  • 地址:哈尔滨市南岗区西大直街92号
  • 邮编:150001
  • 邮箱:
  • 电话:0451-86403427 86414135
  • 国际标准刊号:ISSN:0367-6234
  • 国内统一刊号:ISSN:23-1235/T
  • 邮发代号:14-67
  • 获奖情况:
  • 2000年获黑龙省科技期刊评比一等奖,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:27329