免费论文：基于干扰观测器的挠性航天器时滞控制算法研究

随着航天技术的快速发展，对通信、导航、观测等航天器的要求不断提高，往往携带大型挠性太阳帆板、大型天线阵列等挠性附件，使得航天器的结构也越来越复杂，与此同时，航天器还受到来自内部和外部干扰的影响，包括太空环境力矩, 未建模不确定, 传感器和发动机的噪声等，这给航天器姿态控制系统的设计带来了很大的难度。各种先进控制方法纷纷应用到挠性航天器上，而基于干扰观测器的控制方法由于其对干扰的抵消抑制能力较强等优点，在挠性航天器姿态控制研究中得到成功应用。本文进一步探讨了基于干扰观测器的挠性航天器姿态控制算法，包括以下几个方面：(1) 针对挠性附件振动引起的干扰，充分利用干扰的特点，得到干扰模型，对其构造干扰观测器进行估计并且前馈补偿，克服无模型干扰观测器的高观测器增益会放大测量噪声的问题。仿真结果表明，当高阶模态较小，有模型干扰观测器可以满足足够的姿态精度要求。(2) 针对PD通道存在时变时滞的挠性航天器姿态控制问题，采用干扰观测器与H∞相结合的复合控制方法，针对由挠性附件振动引起的干扰设计干扰观测器进行估计并前馈补偿，针对不同数量级的有界干扰分别选取不同的抑制率设计H∞控制器以达到更好的干扰抑制效果。仿真结果表明，该方法能较准确地将振动干扰估计出来，并使系统的稳定性能得到提高。(3) 针对含有测量和输入时滞的挠性航天器姿态控制问题，提出一种含测量和输入时滞的复合抗干扰控制器的设计方法，首先根据3/2稳定性定理求解观测器增益以保证干扰估计误差纯时滞方程的稳定性和干扰抑制能力，然后基于LMI方法对含有累加时滞的复合控制系统求解控制器增益，使系统实现稳定并满足一定的H∞性能。仿真结果表明该控制器在测量和输入时滞存在的情况下仍具有良好的抗干扰性能。(4) 针对基于干扰观测器的状态反馈复合控制方法可能存在部分状态未知、等价干扰变化率太大、干扰饱和等问题，提出了基于干扰观测器的输出反馈复合控制方法，针对系统中存在的可建模干扰，构造全维观测器将所有系统状态和干扰都估计出来，采用投影定理进行消元，再结合锥补线性化方法迭代求解控制器增益和观测器增益，保证了系统稳定并具有一定的H∞性能。最后基于挠性航天器的仿真结果表明该方法的有效性。(5) 在(4)的基础上，进一步提出降维观测器，将未知的系统状态和可建模干扰都估计出来，复合控制器由干扰估计值构成的前馈补偿部分和反馈控制器组成，分别采用两种不同的反馈控制器，一种是基于观测器的反馈控制器，类似于(4)，采用投影定理和锥补线性化方法求解控制器增益和观测器增益，另一种是动态输出反馈控制器，采用变量替换法来求解两个增益，最后基于挠性航天器的仿真结果表明两种复合控制器的有效性。(6) 针对本文所提出的所有控制算法，分别用Matlab GUI和VS2010设计界面将所有算法整合起来。

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