【摘 要】
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控制分配作为实现控制器指令到执行机构指令之间映射的关键环节,在执行机构存在冗余的情况下,实现对期望控制指令的优化分配,能够改善控制系统性能,提高执行机构的利用效率。本论
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控制分配作为实现控制器指令到执行机构指令之间映射的关键环节,在执行机构存在冗余的情况下,实现对期望控制指令的优化分配,能够改善控制系统性能,提高执行机构的利用效率。本论文针对过驱动航天器控制分配问题,围绕具有参数不确定性的控制分配、具有分配误差的控制系统稳定性分析和控制分配算法等三个方面进行研究,得到了如下研究成果。提出一种过驱动航天器鲁棒控制分配方法,针对控制分配模型中可能出现的不确定因素,如执行机构失效、控制效率矩阵偏差和执行机构偏差等,采用椭球不确定集描述不确定参数,建立其替代或转化模型,有效降低参数不确定性导致的分配误差。以具有冗余飞轮的过驱动航天器力矩最优的控制分配问题,采用多次随机仿真验证,结果表明,在10%不确定误差的情况下,采用鲁棒优化控制分配方法的分配误差更接近零值。控制分配算法尽可能地跟踪期望控制指令,然而实际的分配过程中可能存在误差,影响控制系统零极点分布,进而对系统稳定性造成影响。在对航天器执行机构主要误差分析的基础上,归结了几种典型的分配误差类型,分别针对上述误差类型采用lyapunov稳定性原理推导了保证系统稳定性条件。针对航天器控制分配过程中的几种典型问题,提出了相应的控制分配算法。为实现对执行机构的充分利用,考虑能耗平衡问题,引入权重分配矩阵,建立了控制分配数学模型,并给出了基于权重因子的分配效果评价方法。建立飞轮一阶和二阶动力学离散化模型,基于逆动力学思想对控制分配量进行校正,以降低执行机构动力学对系统控制性能的影响。提出了一种姿轨一体化控制分配方法,该方法在保证姿控任务前提下,能够获得某方向的最大推力,并给出该方向的理论推力下界。
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