【摘 要】
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本文主要讨论刚体姿态同步的输出反馈控制问题,即考虑在间接姿态信息,或者没有角速度信息下的姿态同步控制。首先,回顾了刚体的运动方程和一般的姿态跟踪方案,构造了新的李亚
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本文主要讨论刚体姿态同步的输出反馈控制问题,即考虑在间接姿态信息,或者没有角速度信息下的姿态同步控制。首先,回顾了刚体的运动方程和一般的姿态跟踪方案,构造了新的李亚普诺夫函数和对应的控制律,使得该李亚普诺夫函数的时间导数出现含有姿态跟踪误差的范数平方的负项,不仅使得稳定性分析变得极其简单,而且对第3章的间接姿态信息下的姿态同步具有极其重要的作用。介绍了姿态同步的信息通信拓扑,同步任务的类型和一般姿态同步控制的全状态反馈方案。接着,作者根据当前文献中提到的在间接姿态信息下单个刚体的姿态估计和跟踪控制的某种“分离性质”,第一次提出了在间接姿态信息下的多个刚体的姿态同步问题。由于该文献的现成方案不便于直接推广到多个刚体同步上,作者根据第2章提出的新的李亚普诺夫函数和相应的控制律,重新设计了姿态跟踪控制律,使得直接加入额外的同步项就可以达到姿态和角速度跟踪误差的全局渐近稳定和姿态同步。然后,考虑无角速度信息下的姿态同步问题。作者的思路是将姿态调节和同步控制复合问题的现有方案推广到姿态跟踪和同步控制复合问题上,而现有文献处理此类问题是构造了一个新的动态系统,方法上完全不同。本文提出了一个简单的关于控制增益的条件,保证了闭环系统的全局渐近稳定性。另外,本文第2章和第4章还对相关的控制算法进行了饱和控制的处理,使得控制力矩的最大值限制在容许的范围内。仿真部分充分利用了Simulink中航空模块(Aerospace Blockset)和S-函数,极大地简化了仿真模块搭建;检验了大部分提出的单个刚体姿态跟踪和多个刚体姿态同步的控制算法。仿真结果不仅检验了提出的控制算法的有效性,而且还比较了相同任务下不同方案的效果。
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