输出反馈变结构控制在导弹纵向姿态控制系统中的应用

以某型导弹的纵向姿态控制三阶线性模型为基础，选取状态变量为俯仰角及其一阶、二阶微分信号，建立了状态空间表达式。运用输出反馈变结构控制理论，设计了导弹姿态变结构控制器。分析了在所设计的滑模面上降维子系统的稳定性；通过状态线性变换，并运用Lyapunov稳定性定理证明了状态轨迹的可达性。通过对切换控制量的改进，消除了控制量的颤振。仿真结果表明了设计方法的有效性。     

输出线性系统的变结构控制

 <正> 变结构控制系统是50年代由苏联人首先提出的一种控制方案。它为系统的综合提供了一种新方法,目前已成为控制理论的新分支——变结构系统理论。 变结构系统（VSS）的主要特征是在给定切换域内控制是不连续的,且保证滑动模态存在。主要优点是控制简单易于实现;当滑动模态发生时,其方程对参数变化不敏感。缺点是有抖振现象。     

推力器故障的刚体航天器自适应变结构容错控制

 针对刚体航天器存在未知惯量参数、推力器故障以及控制受限的姿态控制问题,提出了一类自适应变结构容错控制方法,显式地引入推力器输出的饱和幅值,以确保控制输出在其要求界的范围内;同时,引入控制参数在线自适应调整技术,提高了控制律对参数、干扰以及故障变化的自适应能力;对设计者而言,推力器故障信息不需要进行在线检测和分离。此外,进一步考虑存在推力偏差对系统性能的影响,设计控制器参数使得闭环系统对这类推力偏差具有L₂增益稳定性。最后,将设计的控制器应用于航天器的姿态机动控制,仿真结果表明该控制器能有效地抑制外部干扰、参数不确定性和推力器各种故障的约束,在完成姿态机动的同时,保证其控制输出满足饱和受限界的要求。     

变结构系统中新的输出反馈设计

本文提出一种输出反馈变结构控制，来稳定一类所需状态是无法利用并不能估测的状态的系统。本文中引入特设的滑动超平面，使得系统的输出一开始就在超平面上，而不管初始输出在哪里。     

柔性航天器大角度操纵的直接输出反馈控制

 本文研究了柔性航天器大角度操纵的控制问题,提出了直接输出反馈控制方法。证明了通过输出的线性反馈,用少量的控制器可以达到柔性航天器的渐近稳定调节。同时给出了所需控制器数目及其设置条件,并给出了直接输出反馈控制所对应的最优指标,从而实现了利用少量控制器控制高维非线性系统。     

柔性空间飞行器的变结构控制

 本文研究了大型柔性结构空间飞行器的控制问题。采用设定模态法,将系统化为常微分方程组所描述的系统。此系统是非线性的,被控运动是绕中心毂体的转动机动运动,并详细的讨论了变结构控制规律的应用。     

航天器大角度机动的变结构控制

介绍用变结构控制理论研究航天器大角度机动的控制课题。所采用的滑态模型（以下简称滑模）是通过求降航空间的最优控制问题解获得。     

输入饱和下多航天器分布式固定时间输出反馈姿态协同控制

研究有向通信拓扑结构下存在输入饱和时多航天器分布式固定时间输出反馈姿态协同控制问题。首先,针对只有部分航天器可以获得主航天器姿态和角速度状态信息问题,设计了一个固定时间主航天器状态观测器来观测主航天器状态信息。针对航天器无法测量自身角速度的情况,设计了一个固定时间航天器角速度观测器,实现了在固定时间内观测出航天器角速度信息。然后,基于固定时间主航天器状态观测器和固定时间航天器角速度观测器,设计一个固定时间输出反馈姿态追踪控制器,并证明了系统固定时间稳定性。此外,仿真结果也验证了所提控制策略的有效性。     

使用变速控制力矩陀螺的航天器鲁棒自适应姿态跟踪控制

 研究以变速控制力矩陀螺群（VSCMGs）为执行机构的航天器姿态跟踪问题。采用四元数描述姿态, 在姿态误差的描述中引入了现时姿态与期望姿态之间的方向余弦矩阵。考虑执行机构模型参数不确定和有外干扰的情况, 姿态误差动力学方程为多输入多输出(MIMO)的非线性系统。基于Lyapunov理论设计了鲁棒自适应控制器, 运用光滑投影算法避免了估计参数陷入奇异。仿真结果表明, 设计的鲁棒自适应控制律明显地缩小了姿态跟踪误差, 很好地解决了外部环境干扰和执行机构由于安装误差或机械磨损造成的轴承方向未对准的问题。     

机轮制动力矩的变结构控制

 从力学与非线性控制理论综合应用的观点出发，对机轮滑行制动过程中制动力矩的控制问题进行了理论分析与研究，提出了一种新的制动力矩加、卸载解析条件表达式。通过对机轮制动时机轮－地面系统力学模型的动力学仿真，定性地描述了具有此种制动力矩控制方式的防滑制动系统动态特性     

挠性航天器大角度机动的滑模变结构控制

考虑刚性主体上带有挠性梁的航天器，在建立挠性系统动力学模型的基础上，采用指数趋近率的滑模变结构控制策略进行大角度机动控制，并通过最优控制理论设计弹性稳态器抑制由于刚体运动而激发的弹性振动，数字仿真表明，提出的控制策略在实现旋转机动的同时，有效地抑制了弹性振动。     

航天器有限时间输出反馈姿态控制

研究在角速度不可测时航天器的有限时间姿态控制问题。基于有限时间控制技术,提出了由修正Rodrigues参数进行姿态描述的航天器输出反馈姿态控制算法。首先设计了单个航天器的输出反馈姿态控制器,在没有角速度反馈时也能够保证航天器姿态在有限时间内调节到期望姿态。之后,设计了无需绝对角速度和相对角速度信息的多航天器分布式输出反馈姿态控制器。使用Lyapunov理论和图论,对闭环系统全局有限时间稳定性进行了严格的证明。最后对提出的控制算法进行了数值仿真,其结果验证了所设计的航天器输出反馈控制算法的可行性和有效性。     

空间飞行器大角度机动飞行的变结构姿态控制

研究了空间飞行器大角度机动飞行的变结构姿态控制。应用四元数来描述姿态运动，以消除大角度机动飞行时欧拉角描述所存在的奇异性。基于Lyapunov方法设计了变结构控制的切换函数，以保证系统的滑动模态．亦即四元数偏差的稳定性。基于所给切换函数，设计了变结构控制器。数值仿真的结果说明了设计方法的有效性。     

基于分数阶滑模的挠性航天器姿态鲁棒跟踪控制

针对挠性航天器姿态跟踪控制问题,提出一种新型的具有强鲁棒性的分数阶滑模控制器.利用分数阶微分算子的快速收敛性与信息记忆性,在滑模面与控制输入中均引入分数阶微分算子,使新型控制器具有分数阶微分与滑模控制的双重优点,从而使姿态跟踪控制系统具有更好的快速性、强鲁棒性和良好的抗干扰性.进一步使用Lyapunov理论与分数阶稳定性理论证明了整个系统的稳定性,分析了分数阶滑模面的优点.数值仿真验证了分数阶滑模控制器的有效性与良好的控制性能.     

挠性航天器的退步直接自适应姿态跟踪控制

针对参数不确定的挠性航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种退步直接自适应控制算法。首先验证了挠性航天器动力学子系统的近似严格正实性,并设计了具有理想控制性能的参考模型;然后对以姿态四元数描述的运动学子系统设计常系数输出反馈中间控制律,使航天器姿态四元数输出渐近跟踪参考模型输出;最后退一步,对具有参数不确定特性的动力学子系统,基于非线性直接自适应控制理论和Lyapunov稳定性理论,设计了退步直接自适应姿态跟踪控制器,并证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,所提控制方法能有效抑制挠性附件的振动,对挠性航天器的控制是有效的。     

基于模糊变结构的空间飞行器姿态控制

根据空间飞行器姿态系统具有非线性、强耦合、多输入多输出的特点,对飞行器姿态模型的非线性和不确定性,提出分散模糊变结构控制方法。利用模糊系统对不确定性函数进行逼近,将获得的模糊系统函数作为系统不确定性界函数,对模糊逼近所带来的误差以及外部干扰项,采用控制补偿方法。理论分析和仿真研究表明,提出的控制方法具有姿态跟踪精度高,实时计算量小,便于工程实现等优点。     

基于反步法的挠性航天器姿态镇定

利用反步法研究了一类挠性航天器的姿态镇定问题,提出一种基于模态观测器的反步控制设计方案.首先,构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测;其次,将角速度看成虚拟控制器,设计虚拟角速度镇定运动学模型与挠性模态变量组成的子系统;最后,利用反步法设计了一种非线性控制器使得角速度能够跟踪虚拟角速度,从而实现姿态镇定的目...     

Attitude Control Considering Variable Input Saturation Limit for a Spacecraft Equipped with Flywheels

A new attitude controller is proposed for spacecraft whose actuator has variable input saturation limit. There are three identical flywheels orthogonally mounted on board. Each rotor is driven by a brushless DC motor (BLDCM). Models of spacecraft attitude dynamics and flywheel rotor driving motor electromechanics are discussed in detail. The controller design is similar to saturation limit linear assignment. An auxiliary parameter and a boundary coefficient are imported into the controller to guarantee system stability and improve control performance. A time-varying and state-dependent flywheel output torque saturation limit model is established. Stability of the closed-loop control system and asymptotic convergence of system states are proved via Lyapunov methods and LaSalle invariance principle. Boundedness of the auxiliary parameter ensures that the control objective can be achieved, while the boundary parameter’s value makes a balance between system control performance and flywheel utilization efficiency. Compared with existing controllers, the newly developed controller with variable torque saturation limit can bring smoother control and faster system response. Numerical simulations validate the effectiveness of the controller.