輸入受限的敏捷衛(wèi)星魯棒非脆弱姿態(tài)控制

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1、碩士學位論文輸入受限的敏捷衛(wèi)星魯棒非脆弱姿態(tài)控制ROBUSTNON-FRAGILEATTITUDECONTROLFORAGILESATELLITESWITHINPUTCONSTRAINT劉闖哈爾濱工業(yè)大學2015年6月國內(nèi)圖書分類號：V412.42學校代碼：10213國際圖書分類號：623密級：公開工學碩士學位論文輸入受限的敏捷衛(wèi)星魯棒非脆弱姿態(tài)控制碩士研究生：劉闖導師：王峰教授申請學位：工學碩士學科：飛行器設計所在單位：航天學院答辯日期：2015年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:V

2、412.42U.D.C:623DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringROBUSTNON-FRAGILEATTITUDECONTROLFORAGILESATELLITESWITHINPUTCONSTRAINTCandidate：LiuChuangSupervisor：Prof.WangFengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SpacecraftDesignAffiliation：Schoolo

3、fAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文摘要敏捷衛(wèi)星能夠完成快速機動任務，而其姿態(tài)控制是完成航天任務的重要保障，因此國內(nèi)外很多學者都投入了大量時間和精力進行相關問題的研究，并取得豐碩研究成果。但是，敏捷衛(wèi)星通常在存在各種擾動的情況下工作，很多不確定因素，如外界干擾力矩、模型參數(shù)不確定性和控制器增益攝動等都會影響衛(wèi)星性能，甚至導致衛(wèi)星失效。由于

4、傳統(tǒng)的控制方法往往忽略了控制器增益攝動而表現(xiàn)出高度脆弱性，在空間技術(shù)不斷發(fā)展的今天存在一定的局限性。針對上述問題，本學位論文深入研究了敏捷衛(wèi)星姿態(tài)系統(tǒng)的魯棒控制與非脆弱控制問題，主要內(nèi)容包括以下幾個方面：針對不考慮模型參數(shù)不確定性與控制器增益攝動的衛(wèi)星姿控系統(tǒng)，提出了基于傳統(tǒng)LMI與擴展LMI的混合H2/H∞控制方法?？紤]外界干擾、系統(tǒng)H2性能和H∞性能，根據(jù)涉及H2性能和H∞性能的兩個Lyapunov矩陣變量是否相等的條件，分別設計了基于傳統(tǒng)LMI與擴展LMI的混合H2/H∞控制方法，仿真驗證了兩個控制器的有效性

5、并比較分析了兩種控制器的性能，說明基于擴展LMI的混合H2/H∞控制方法能夠使衛(wèi)星敏捷性更好，但該控制器不具有對衛(wèi)星模型參數(shù)不確定性的魯棒性。針對考慮模型參數(shù)不確定性及控制器增益攝動的衛(wèi)星姿控系統(tǒng)，提出了加法式增益攝動與乘法式增益攝動所對應的狀態(tài)反饋魯棒非脆弱控制器設計方法?？紤]系統(tǒng)H∞性能、控制輸入受限、系統(tǒng)二次穩(wěn)定、系統(tǒng)模型參數(shù)不確定性和控制器增益攝動等因素，對多目標約束條件下衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的狀態(tài)反饋魯棒非脆弱控制方法進行探討。與控制器增益攝動下基于傳統(tǒng)LMI與擴展LMI的混合H2/H∞控制方法仿真結(jié)果進行比較，

6、說明所設計的狀態(tài)反饋魯棒非脆弱控制器在多目標約束下仍然有效可行。但是，基于傳統(tǒng)LMI的混合H2/H∞控制方法非常脆弱，而基于擴展LMI的混合H2/H∞控制方法具有一定的非脆弱性，但對執(zhí)行機構(gòu)要求較高。針對考慮模型參數(shù)不確定性及控制器增益攝動的衛(wèi)星姿控系統(tǒng)，提出了加法式增益攝動與乘法式增益攝動對應的輸出反饋魯棒非脆弱控制器設計方法?？紤]系統(tǒng)H∞性能、控制輸入受限、系統(tǒng)二次穩(wěn)定、系統(tǒng)模型參數(shù)不確定性和控制器增益攝動等因素，對多目標約束條件下衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的輸出反饋魯棒非脆弱控制方法進行探討。同時，設計了不考慮控制器增益攝

7、動時的標準輸出反饋魯棒H∞控制器。仿真結(jié)果表明，標準輸出反饋魯棒H∞控制器在不考慮控制器增益攝動時能夠使系統(tǒng)具有良好魯棒性，但對控制器增益攝動非常敏感，具有-I-哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文較強的脆弱性；而所設計的輸出反饋魯棒非脆弱控制器在保證控制輸入受限的情況下克服了控制器脆弱性的缺陷，具有良好的魯棒性和較強的非脆弱性。關鍵詞：敏捷衛(wèi)星；控制輸入受限；混合H2/H∞控制；魯棒非脆弱控制；狀態(tài)反饋控制；輸出反饋控制-II-哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文AbstractAgilesatellitesareablet

8、oachieverapidattitudemaneuver,andtheirattitudecontrolisimportantguaranteeforaerospacemissions.Therefore,manyscholarshaveinvestedconsiderabletimeandefforttostudyrelatedissues,andach