三自由度气浮台指定时间控制及编队研究

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随着现代科学技术的不断发展,人们对于航天的需求不断提高。由于航天项目本身具有成本高的特点,因此需要进行完善的前期仿真工作以达到节省成本的目的。气浮台仿真设备便是其中最为常用的实验对象之一,它具有单次实验持续时间长,重复试验成本低,扰动小,模拟效果好等优点。三自由度气浮台可以模拟微重力场景下物体的运动状态,可以用于验证控制算法,模拟空间中航天器交汇,编队等任务。有限时间控制作为一种目前较为热点的研究方向,相比于传统的控制手段可以达到更高的稳定精度,更小的收敛时间,因此目前广泛的应用于各种实物控制领域。而指定时间在有限时间的基础上更进一步,可以在一定范围内规定系统的收敛时间,特别是对于航空航天这种需求高精度的项目具有重要的实际应用价值。本次课题主要研究基于采样数据的控制算法在气浮台上的应用,以及多个气浮台组成的卫星编队模拟研究。所采用的算法包括基于参量Lyapunov方程的采样数据指定时间控制,其收敛时间在一定程度上由设计者所决定,并且在设计过程中考虑了实际系统中执行器的饱和问题;以及连接交换网络中的低增益输入反馈饱和线性多智能体系统的Leader-Following一致性控制。首先介绍了三自由度气浮台系统的设备组成,运行原理,工作环境,给出了相关的一些设备参数。在此基础上给出了气浮台系统的动力学模型,分析了工作过程中的耦合现象等。接着介绍了关于有限时间相关的基础引理。给出了所采用的指定时间控制算法的推导式,结合气浮台系统模型设计出了所采用的控制器参数。分析所采用控制器的稳定性、收敛时间等性质,并且给出仿真来验证算法的正确性。最后进行推力分配设计,系统硬件设备调试等准备工作,结合气浮台典型的运动形式进行实验,来验证算法在实物上的表现,并且与仿真结果进行对比。根据最后的实验结果表示,所采用的采样数据指定时间控制算法在实物上有很好的表现效果,实际结果与理论相符合。
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