基于数据驱动的卫星姿态控制研究

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1、硕士学位论文基于数据驱动的卫星姿态控制研究RESEARCHONSATELLITEATTITUDECONTROLBASEDONDATA-DRIVENTHEORY王东巍哈尔滨工业大学2012年7月国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工学硕士学位论文基于数据驱动的卫星姿态控制研究硕士研究生：王东巍导师：孙兆伟教授申请学位：工学硕士学科：飞行器设计所在单位：卫星技术研究所答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.2U.D.C:629.78Dis

2、sertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSATELLITEATTITUDECONTROLBASEDONDATA-DRIVENTHEORYCandidate：WangDongweiSupervisor：Prof.SunZhaoweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SpacecraftDesignAffiliation：ResearchCenterofSatelliteTech.DateofDefence

3、：July,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要本文基于数据驱动控制思想，以卫星姿态机动控制为背景，针对卫星姿态控制系统的非线性、时变性、参数耦合、控制过程中存在随机干扰等特点，设计了三种不依赖于被控对象精确数学模型的控制器，并在Mablab/Simulink环境下进行控制仿真研究。首先，文章给出了基于欧拉角和四元数的卫星姿态动力学与运动学模型，推导了以姿态误差四元数为基础的运动学方程，并且得到了以误差四元数为反馈量的卫星

4、姿态控制系统仿真框架。然后，根据模糊控制原理设计了基于Mamdani型模糊推理的卫星姿态控制器，输入控制量为误差四元数输出控制量为飞轮转速。将控制器应用于卫星的姿态控制仿真，并与传统的PD控制器结果进行比较得出结论。其次，针对基本模糊控制器中隶属函数参数难以确定的问题，设计了神经-模糊推理控制器，利用神经网络辨识隶属函数的参数并进行优化。总结Mamdani型模糊推理与Sugeno型模糊推理算法的联系，将控制器进行仿真研究，同过改变卫星转动惯量和增加干扰力矩检验了控制器的鲁棒性。最后，研究了一种完全不需要被控对象信息的“黑箱”控制方法，无

5、模型自适应控制算法(MFAC)，基于该方法设计了一种卫星姿态控制器，阐述了控制算法的设计过程，并且给出其在一定假设下的稳定性与收敛性结论。探讨了这种控制方法在复杂卫星控制中的应用前景，对控制器的稳定性作出初步的分析，仿真结果表明了无模型自适应控制器的可行性。关键词：卫星姿态控制；数据驱动方法；模糊控制；模糊神经网络控制；MFACI哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractThispaperisbasedonData-driventheoryandtakessatelliteattitudecontrolasbackground.Thre

6、econtrollerswhichcouldworkwellwithouttheprecisemodelofthecontrolledobjectaredesignedaimingatsatelliteattitudecontrolsystemwithnonlinearity,time-varying,parametercoupling,andrandominterferenceinthecontrolprocess.ThesimulationsareperformedintheMatlab/Simulinkenvironment.Fi

7、rstly,thepapergivesthekineticsanddynamicsmodelofsatellitebasedonEulerangleandquaternionandderivesthekineticsequationbasedontheerrorquaternion.Furthermoreitgivesthesimulationframeworkofsatelliteattitudecontrolsystem.Secondly,aMamdanitypefuzzycontrollerisdesignedonthebasis

8、offuzzylogicandtheinputsiserrorquaternionandtheoutputistherotationalspeedofflywheel.Thecontrollerisused