航天器编队姿态协同跟踪滑模神经网络控制

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1、航天器编队姿态协同跟踪滑模/神经网络控制甘超2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540航天器编队姿态协同跟踪滑模/神经网络控制作者姓名甘超学院名称自动化学院指导教师刘向东(教授)答辩委员会主席廖晓钟(教授)申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月DistributedCooperativeAttitudeTrackingControlforMultipleSpacecraftsbasedonslidingmode/NeuralNetworkCandidateName:GanC

2、haoSchoolorDepartment:SchoolofAutomationFacultyMentor:Prof.XiangdongLiuChair,ThesisCommittee：Prof.XiaozhongLiaoDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan.2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下

3、进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要航天器编队飞行拥有巨大的技术优势和广阔的应用前景。在完成复杂空间任务时，多个航天器系统拥有成本低，性能好以及稳定性高等优势，因而由多个航天器协同工作来代替单个航天器进行工作已经成为一种趋势。在很多应用中，有些特定的空间任务是需要通过多个航天器

4、之间的姿态一致来实现的。本文将对多航天器的姿态协同跟踪控制问题进行了研究。首先，针对刚体航天器存在模型不确定和外界干扰，设计了基于指数时变滑模的姿态跟踪控制律，解决了滑模控制中系统响应速度慢，到达段鲁棒性较弱的问题；针对航天器编队飞行过程中聚合扰动上界不易获知的问题，设计了自适应时变滑模控制律，通过自适应律实时对外界干扰上界进行在线估计，从而消除了控制器对聚合扰动上界的先验要求。其次，针对时变滑模无法保证有限时间收敛，终端滑模存在奇异性和收敛速度较慢等问题，对现有的终端滑模进行总结对比，提出了一种非奇异快速终端滑模，并设计了快速终端滑模姿态

5、控制律，通过仿真验证了姿态控制控制律的有效性。最后，针对滑模控制律设计依赖于精确数学模型的问题，设计了一种神经网络的姿态控制律，通过神经网络逼近理想控制力矩，从而取消了对模型的先验要求；为了提高系统的收敛速度和精度，同时避免控制力矩输入饱和的问题，提出了一种修正滑模面的方法，不仅保证系统有限时间收敛，而且通过仿真验证该姿态控制律具有较强的鲁棒性和容错能力。关键词：编队飞行；终端滑模；神经网络；协同控制；姿态控制。AbstractSpacecraftformationflyinghashugetechnologicaladvantagesan

6、dbroadapplication,andithasbeenatrendtousemultiplespacecrafttoreplacethesinglespacecraftinmissions.Byhavingmultiplesimplerigidbodiesworkingtogether,theformationcontrolgainslotsofadvantages,suchaslowcost,goodperformanceaswellashighstabilitywhenperformingsomeaccomplicatedmiss

7、ions.Forsomeapplications,numerousrigidbodiesshouldkeeptheirattitudesconsistentwitheachotherinordertoaccomplishthegiventask.Inthisstudy,weinvestigatethedistributedcooperativeattitudetrackingcontrolproblemformultiplespacecraft.Firstly,theslidingmodeattiudecontrollawisdesigne

8、dforspacecraftinthepresenceofmodeluncertaintyandexternaldisturbance.Totacklewiththeslowsy