基于自适应模糊逻辑的航天器态跟踪滑模控制

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当代太空领域的探索离不开航天器的发展,而航天器控制技术则依托于态与轨道控制。在研究航天器态稳定与态跟踪问题时,不仅要考虑航天器的动力学模型,还要考虑内部参数的不确定以及外部干扰,因此这是一个复杂的非线性问题。针对这样一个系统中包含不确定性以及可能带有外部干扰的航天器态跟踪控制问题,本论文主要进行了以下几个方面的研究。针对航天器有可能存在内部的参数不确定以及外部干扰的情况,设计态跟踪滑模控制器,该控制器实现简单并且有很强的鲁棒性,利用李雅普诺夫定理证明了它的稳定性,并且通过真实验验证了态跟踪过程能够收敛且稳定,但是在从控制输入上可以发现存在明显的抖振问题,这也是传统滑模控制的一大缺点。抖振的存在直接影响到该控制技术的发展与应用,为了降低抖振对系统带来的影响,利用模糊逻辑系统最重要的特性,即对非线性函数的逼近能力,设计基于自适应模糊逻辑的滑模控制器,通过系统状态变量在线估计内部参数不确定性并在输入中进行补偿,利用自适应控制对外部干扰进行估计并在输入中进行补偿,同时利用滑模切换函数的信息实时调整切换控制输入,有效降低抖振。利用定理来证明该控制器的稳定性,并通过真实验验证了该控制器在保证收敛性能的同时有效降低抖振。传统滑模控制另一个缺点就是在滑动阶段不能在有限时间内实现收敛,只能做到渐进收敛。针对这个问题,本论文根据终端滑模控制技术设计出航天器态跟踪有限时间控制器,通过真可以验证系统稳定且能很快收敛,但也有明显的抖振问题。为了解决抖振问题,同样利用模糊逻辑系统来逼近内部参数不确定性同时利用自适应控制来估计外部干扰并在等效控制输入中进行补偿,并根据滑模切换函数信息实时调整切换控制输入,设计出基于自适应模糊逻辑系统的航天器态跟踪有限时间控制器,最后通过真对比,验证其有效性和优越性。
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