输入受限的敏捷卫星鲁棒非脆弱姿态控制

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1、硕士学位论文输入受限的敏捷卫星鲁棒非脆弱姿态控制ROBUSTNON-FRAGILEATTITUDECONTROLFORAGILESATELLITESWITHINPUTCONSTRAINT刘闯哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V412.42学校代码：10213国际图书分类号：623密级：公开工学硕士学位论文输入受限的敏捷卫星鲁棒非脆弱姿态控制硕士研究生：刘闯导师：王峰教授申请学位：工学硕士学科：飞行器设计所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V

2、412.42U.D.C:623DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringROBUSTNON-FRAGILEATTITUDECONTROLFORAGILESATELLITESWITHINPUTCONSTRAINTCandidate：LiuChuangSupervisor：Prof.WangFengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SpacecraftDesignAffiliation：Schoolo

3、fAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要敏捷卫星能够完成快速机动任务，而其姿态控制是完成航天任务的重要保障，因此国内外很多学者都投入了大量时间和精力进行相关问题的研究，并取得丰硕研究成果。但是，敏捷卫星通常在存在各种扰动的情况下工作，很多不确定因素，如外界干扰力矩、模型参数不确定性和控制器增益摄动等都会影响卫星性能，甚至导致卫星失效。由于

4、传统的控制方法往往忽略了控制器增益摄动而表现出高度脆弱性，在空间技术不断发展的今天存在一定的局限性。针对上述问题，本学位论文深入研究了敏捷卫星姿态系统的鲁棒控制与非脆弱控制问题，主要内容包括以下几个方面：针对不考虑模型参数不确定性与控制器增益摄动的卫星姿控系统，提出了基于传统LMI与扩展LMI的混合H2/H∞控制方法。考虑外界干扰、系统H2性能和H∞性能，根据涉及H2性能和H∞性能的两个Lyapunov矩阵变量是否相等的条件，分别设计了基于传统LMI与扩展LMI的混合H2/H∞控制方法，仿真验证了两个控制器的有效性

5、并比较分析了两种控制器的性能，说明基于扩展LMI的混合H2/H∞控制方法能够使卫星敏捷性更好，但该控制器不具有对卫星模型参数不确定性的鲁棒性。针对考虑模型参数不确定性及控制器增益摄动的卫星姿控系统，提出了加法式增益摄动与乘法式增益摄动所对应的状态反馈鲁棒非脆弱控制器设计方法。考虑系统H∞性能、控制输入受限、系统二次稳定、系统模型参数不确定性和控制器增益摄动等因素，对多目标约束条件下卫星姿控系统的状态反馈鲁棒非脆弱控制方法进行探讨。与控制器增益摄动下基于传统LMI与扩展LMI的混合H2/H∞控制方法仿真结果进行比较，

6、说明所设计的状态反馈鲁棒非脆弱控制器在多目标约束下仍然有效可行。但是，基于传统LMI的混合H2/H∞控制方法非常脆弱，而基于扩展LMI的混合H2/H∞控制方法具有一定的非脆弱性，但对执行机构要求较高。针对考虑模型参数不确定性及控制器增益摄动的卫星姿控系统，提出了加法式增益摄动与乘法式增益摄动对应的输出反馈鲁棒非脆弱控制器设计方法。考虑系统H∞性能、控制输入受限、系统二次稳定、系统模型参数不确定性和控制器增益摄动等因素，对多目标约束条件下卫星姿控系统的输出反馈鲁棒非脆弱控制方法进行探讨。同时，设计了不考虑控制器增益摄

7、动时的标准输出反馈鲁棒H∞控制器。仿真结果表明，标准输出反馈鲁棒H∞控制器在不考虑控制器增益摄动时能够使系统具有良好鲁棒性，但对控制器增益摄动非常敏感，具有-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文较强的脆弱性；而所设计的输出反馈鲁棒非脆弱控制器在保证控制输入受限的情况下克服了控制器脆弱性的缺陷，具有良好的鲁棒性和较强的非脆弱性。关键词：敏捷卫星；控制输入受限；混合H2/H∞控制；鲁棒非脆弱控制；状态反馈控制；输出反馈控制-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAgilesatellitesareablet

8、oachieverapidattitudemaneuver,andtheirattitudecontrolisimportantguaranteeforaerospacemissions.Therefore,manyscholarshaveinvestedconsiderabletimeandefforttostudyrelatedissues,andach