用于运动载体的三轴自主稳定系统自适应鲁棒控制方法研究

摘要

在经历了地面信号接收站、便携站以及静中通等阶段之后，卫星通信已经进入动中通时代。动中通系统能够很好地解决安装在各种车辆、舰船、飞机等移动载体上的卫星信号接收站在载体运动过程中通过地球同步卫星实时不间断地传输语音、数据、图像等多媒体信息的问题。动中通系统凭借其机动性强，移动起来也可以通信的明显优势，无论在和平时期还是在灾害时期，都有着广泛的应用。动中通系统中存在的不确定参数、以及载体摇摆、各轴之间的耦合等非线性因素，也给实现运动中的高精度姿态控制带来挑战。
　　 本文以船载动中通系统为研究对象，研究并设计了自适应鲁棒控制器。首先，研究了基于三轴自主稳定的舰载卫星通信系统数学建模，通过对系统的稳定跟踪机理进行分析，解算出载体产生扰动时自主稳定跟踪目标所需转过的角度。
　　 考虑系统中存在的不确定参数以及载体干扰、各轴之间的耦合等非线性因素，建立伺服控制模型。针对该模型首先设计了滑模控制器，通过仿真分析发现滑模控制系统虽然跟踪精度较高，但其控制量存在明显的抖振现象。在此基础上对控制器进行改进，设计了自适应鲁棒控制器，通过调节控制参数可以使得系统满足跟踪精度要求的同时控制量也比较平缓。再将测量噪声纳入考虑范围，设计了基于期望补偿的自适应鲁棒控制器，通过对比发现基于期望补偿的自适应鲁棒控制器对测量噪声的抑制效果要比基本的自适应鲁棒控制好。最后，在反步法原理的基础上设计了基于Backstepping的自适应鲁棒控制，并通过仿真验证其控制性能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外发展概况

1．2．1 国外发展概况

1．2．2 国内发展概况

1．2．3 现有技术综述

1．3 本文的主要工作内容与章节安排

2 三轴动中通系统姿态解算和建模

2．1 系统描述

2．2 三轴动中通系统姿态分析

2．2．1 三轴动中通系统各坐标系及参数定义

2．2．2 地理坐标系中目标方位角和俯仰角的计算

2．2．3 载体摇摆数学描述

2．2．4 三轴自主稳定系统稳定跟踪分析

2．2．5 天线各轴旋转角度推导

2．3 伺服控制模型

2．4 本章小结

3 动中通系统自适应鲁棒控制

3．1 系统控制目标

3．2 滑模控制器设计

3．2．1 滑模变结构控制简介

3．2．2 滑模控制器设计

3．2．3 滑模控制系统的性能分析

3．2．4 仿真分析

3．3 自适应鲁棒控制器设计

3．3．1 自适应鲁棒控制算法简介

3．3．2 误差算子分析

3．3．3 自适应鲁棒控制器设计

3．3．4 自适应鲁棒控制系统的稳定性分析

3．3．5 仿真分析

3．4 本章小结

4 基于期望补偿的动中通系统自适应鲁棒控制

4．1 期望补偿简介

4．2 基于期望补偿的自适应鲁棒控制器设计

4．3 稳定性分析

4．4 仿真分析

4．5 本章小结

5 基于Backstepping的动中通系统自适应鲁棒控制

5．1 Backstepping设计原理

5．2 基于Backstepping的动中通系统自适应鲁棒控制器设计

5．2．1 问题描述

5．2．2 Backstepping设计

5．2．3 控制器设计

5．2．4 稳定性分析

5．3 仿真分析

5．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献