《基於能量切換的太空飛行器系統動力學建模與控制》是依託北京航空航天大學，由王青擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於能量切換的太空飛行器系統動力學建模與控制
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：王青
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
現代航天飛行任務中，如大型運載火箭助推器分離、空間交會對接、飛行器再入等，存在瞬間質量變化、結構突變或飛行條件劇變等問題，導致系統參數大範圍變化，常規的系統動力學建模與控制無法滿足任務要求，而基於能量切換的建模與控制策略是一種有效的解決途徑。本項目擬在深入分析太空飛行器能量作用機理的基礎上，凝練與太空飛行器系統動力學建模與控制相關的能量切換問題，研究基於質能交換和能量耗散性的切換系統動力學建模和控制，提出基於能量切換的太空飛行器系統動力學建模框架、穩定性分析判據和控制綜合方法，建立太空飛行器半實物實時仿真平台，且編制動力學建模與控制仿真軟體，驗證所提理論與方法的有效性及工程推廣的可行性。本項目力求為太空飛行器系統的動力學建模和控制提供新的思路，為有效利用能量切換方法解決太空飛行器的動力學建模與控制問題奠定良好的理論基礎。
結題摘要
本項目基於切換系統理論，研究了太空飛行器的動力學建模、控制系統穩定性分析與控制器綜合等問題。 在太空飛行器動力學建模方面，推導了能量描述的太空飛行器非線性模型，並進一步得到太空飛行器的切換多胞模型、切換LPV模型以及切換多胞LPV模型，所得模型能很好地刻畫太空飛行器動力學特性。進一步採用局部重疊切換系統描述太空飛行器，保證了切換過程的平滑性。 在基於能量的太空飛行器動力學系統穩定性分析方面，首先基於線性切換系統模型，研究了太空飛行器控制系統有限時間有界、符號穩定、全局穩定及指數穩定的條件。採用模態依賴平均駐留時間方法，充分利用各個子系統的特徵，降低了保守性。基於自抗擾控制方法，分析了存在執行機構飽和情況下非線性系統模型的穩定性。在太空飛行器控制器設計方面，基於切換多胞系統理論、切換LPV系統理論研究了多個類型太空飛行器的抗干擾控制、平滑切換控制、故障檢測與容錯控制、異步切換控制等問題，使得太空飛行器能夠實現姿態的精確跟蹤，以及飛行過程中的穩定性。此外，基於自抗擾控制，設計了能夠保證系統穩定的抗飽和非線性控制系統，保證系統的穩定性和魯棒性。
