自适应模糊控制在卫星姿态控制中的应用

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随着世界航天科技的发展,现代卫星已经不再是一个简单的非线性系统,而是已经变为一个具有强非线性、强耦合、时变以及具有很大不确定性的非线性系统。卫星姿态控制系统是卫星控制系统的重要组成部分。卫星姿态控制的精度不仅仅取决于姿态控制系统的硬件配置的性能与精度,而且与所采用的姿态控制算法密切相关。本文将自适应模糊控制算法应用于卫星姿态稳定控制中,并做了仿真研究。  论文首先对卫星的参考坐标系和星体姿态参数描述方法进行了介绍,给出了使用欧拉角姿态描述方式的运动学方程,而姿态动力学方程则通过牛顿-欧拉方程获得,并对其进行了等价变换。然后将间接与直接自适应模糊控制设计方法应用于卫星姿态控制系统设计中。对于上述两种控制方法而言,一种采用模糊逻辑系统对被控对象进行模糊逼近,而另一种将其作为控制器直接作用于被控对象,并推导了模糊逻辑系统的参数自适应律。为了进一步提高闭环控制系统的性能,克服外界扰动以及模糊逼近误差,在上述两种控制算法的基础上加入鲁棒控制项,分别将间接与直接自适应模糊鲁棒控制算法应用于卫星姿态控制系统设计中。最后,在卫星姿态控制器设计时,采用了基于反步法的自适应模糊控制方法。该方法利用反步法获得闭环系统的理想控制律,使用模糊逻辑系统在线逼近被控对象,并推导了模糊规则参数自适应律。本文选择某型卫星作为被控对象,对所采用的控制算法进行了MATLAB数字仿真研究。仿真结果表明,上述控制方案在卫星姿态控制中的应用是可行的,并且能够有效抑制外界扰动,具有较强的鲁棒性以及良好的动静态品质。此外,还对上述几种算法应用在卫星姿态控制中所获得的控制性能进行了比较,分析了几种算法的优势与特点。
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