【摘 要】
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长期以来航天任务就有着高成本、高风险、任务周期长的特点,航天任务的这些特点决定了在执行任务前进行充分、全面的仿真实验十分有必要,尤其是复杂的分布式编队控制策略。气浮台作为一种典型的卫星模拟器,能够很好的充当航天控制系统中被控对象的角色,实现在地面测试航天器控制算法,因此基于气浮台的分布式网络化预测控制律的设计与实验验证具有非常重要的实际意义。本文首先介绍控制理论部分,这部分内容包括三个部分:滑模控
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长期以来航天任务就有着高成本、高风险、任务周期长的特点,航天任务的这些特点决定了在执行任务前进行充分、全面的仿真实验十分有必要,尤其是复杂的分布式编队控制策略。气浮台作为一种典型的卫星模拟器,能够很好的充当航天控制系统中被控对象的角色,实现在地面测试航天器控制算法,因此基于气浮台的分布式网络化预测控制律的设计与实验验证具有非常重要的实际意义。本文首先介绍控制理论部分,这部分内容包括三个部分:滑模控制理论、网络化预测控制理论、卫星编队策略。这三部分理论介绍为后文设计气浮台单体控制器,然后在单体控制器的基础上进行改进,得到能够主动抵消延时、实现分布式协同控制的分布式网络化预测控制器打下坚实的理论基础。论文第三章着重介绍本文所使用的分布式预测控制律的推导过程。在本章开头,首先建立了气浮台的数学模型,充当系统被控对象;然后,利用滑模控制理论,设计控制器单体控制器;紧接着将会设计多步状态预测器,实现状态预测,在状态预测的基础上实现系统其它重要值的预测,将这些预测值应用到控制律的设计当中,主动抵消通讯网络中的延时;最后,在性能指标函数的指导下,设计协同项使性能指标函数取到最优值,从而将控制律从单体控制改进成分布式协同控制律。文章最后两章涉及本次研究的实验部分。首先对实验平台、系统模块设计进行介绍,然后利用这些硬、软件平台完成实验,包括:1、基于Simulink的数字仿真;2、基于Net Con网络控制系统的半物理实物仿真实验。数字仿真和半物理仿真又分别包括:1、使用通过网络预测控制改进的滑模控制器实现气浮台单体控制,分别跟踪期望曲线,实现编队控制;2、使用本文设计的分布式网络化预测控制律完成气浮台编队控制。通过对比几次实验的结果,发现所设计的分布式网络化预测控制律能够实现编队控制;尽管受到实物条件的限制,与数字实验相比实物实验的控制精度有所下降,但其余特性均与数字仿真相吻合,且控制精度也在可接受的范围内。
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