挠性航天器的容错控制研究开题报告
2021-12-17 10:12
全文总字数：8160字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
随着空间技术的飞速发展，新一代航天器，包括现代卫星、轨道空间站、宇宙探测器不断进入太空，关于挠性航天器的研究越来越多。随着在轨航天器任务的多样化、结构的复杂化，系统的自动化程度越来越高、复杂程度也越来越高。然而该复杂系统在运行过程中，传感器、执行机构以及系统的内部元件都不可避免地会发生故障，尤其是执行机构，由于长期不断地执行在轨的控制操作，执行机构故障已成为航天器控制系统失效的主要原因。系统一旦发生故障，就会使得系统的稳定性受到破坏，控制性能显著下降，进而导致航天器失效。对于航天器系统的可靠性、安全性与有效性的要求越来越高，所以本文针对航天器执行机构故障的问题，通过应用自己本科阶段所学知识来进行数学建模和仿真研究，以提高航天器在轨自主运行能力为目标，为实现航天器在轨长时间自主运行有重大的理论意义。 而且在没有地面站支持的情况下，控制系统能够实现自主容错的新机理、新方法，对提高航天器的工作质量和实际使用寿命有重大的意义。
国内外研究现状
一、控制方法
航天器在轨运行期间会受到各种不确定性因素以及各种外部干扰等不利因素的影响，因此目前的研究结果主要体现在对航天器进行姿态控制的同时，还要保证航天器对系统不确定性以及外部扰动有一定的鲁棒性。随着航天器所执行任务种类的复杂化、多样化，因而对航天器姿态进行控制的难度也在不断的增加，所以针对不同航天器所执行任务的不同、对性能指标要求的不同，广大学者提出了众多控制算法以满足不同的任务需求。
1、传统控制技术的应用
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2. 研究的基本内容
本论文主要研究的是挠性航天器执行机构部分失效的容错控制问题，采用的是容错控制技术中的被动容错控制方法。我们利用matlab中的工具箱求解闭环系统中的控制器参数之前，首先采用lyapunuov稳定性理论给出闭环系统在执行机构失效时具有被动容错能力的充分条件，最后一个阶段我们需要在计算机上仿真来验证该设计方法的可行性和有效性。主要内容包括：
（1）首先，主要介绍课题背景及目的、意义；然后，概述了国内和国外的研究情况；结束时，对本文的主要内容结构进行综述。
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3. 实施方案、进度安排及预期效果
1、实施方案
（1）针对带挠性附件的航天器模型，利用拉格朗日方法推导出挠性航天器的动力学模型 。
（2）根据推导出的模型设计和求解容错控制器，求出控制器增益矩阵k。
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4. 参考文献
[1] 刘谬.带挠性太阳帆板的三轴稳定卫星姿态控制系统分析与设计研究[d].长沙:国防科学技术大学,2002.
[2] 施少范.国外对地观测卫星高精度姿态控制系统研究[j].上海航天,2000(6):49-50.
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