【摘 要】
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随着空间技术的不断发展,各种功能和类型的卫星层出不断,细胞卫星因其体积小、质量轻、效益高、研制设计周期短、测试简便等优点被应用于航天器的姿态接管控制当中。由于细胞卫星的通信能力有限,为了能够使其更加长久的执行空间任务,必须降低细胞卫星的通信量。本文基于这一目的进行了如下研究:首先,事件触发机制的引入可降低细胞卫星的通信频率。与传统的控制方法不同,事件触发控制策略没有固定的采样周期,而是设定一个给定
【基金项目】
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黑龙江省科学基金面上项目(F2017005);
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随着空间技术的不断发展,各种功能和类型的卫星层出不断,细胞卫星因其体积小、质量轻、效益高、研制设计周期短、测试简便等优点被应用于航天器的姿态接管控制当中。由于细胞卫星的通信能力有限,为了能够使其更加长久的执行空间任务,必须降低细胞卫星的通信量。本文基于这一目的进行了如下研究:首先,事件触发机制的引入可降低细胞卫星的通信频率。与传统的控制方法不同,事件触发控制策略没有固定的采样周期,而是设定一个给定的阈值。当误差超过该阈值时,触发机制会被激活,星间才能进行通信。在考虑外界干扰和转动惯量未知的情况下,本文应用径向基神经网络来估计未知的非线性项。分别应用固定阈值和相对阈值的事件触发策略来减少星间通信频率,降低通信系统的损耗。仿真结果表明,本文的控制策略可有效减少通信量,在通信带宽受限的条件下依然能够达到控制目标。通过李雅普诺夫定理和数值仿真证明了姿态跟踪系统的稳定性。然后,本文提出考虑执行机构输入量化的航天器姿态跟踪控制算法来减少通信损耗。应用量化器处理控制力矩,将前后两个时刻得到的量化值进行对比,若量化值相同则不需要进行星间通信,若量化值不同则需要进行星间无线传输。在此基础上本文分别考虑了三种不同情况下的量化控制方法。首先,考虑不受外界干扰和转动惯量已知情况下的执行机构输入量化控制策略;随后,考虑到存在外界干扰和转动惯量部分未知的情况,通过设计一种自适应控制律来保障姿态跟踪控制系统的稳定;最后,考虑外界干扰和转动惯量完全未知的情况,应用径向基神经网来估计未知的非线性项,保证了姿态跟踪控制系统的稳定性。三种方案都分别采用了对数量化器和磁滞量化器来处理输入信号,通过计算发现磁滞量化器在降低通信损耗上表现更加突出。仿真结果表明,本文的控制策略可以减少星间通信频率、降低通信损耗,解决了细胞卫星在航天器的姿态接管问题中的通信受限问题。通过李雅普诺夫定理和数值仿真证明了姿态跟踪控制系统的稳定性。
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