航天器快速有限时间姿态跟踪输入饱和控制

发布时间：2025-05-07 02:05

　　 针对航天器姿态跟踪控制问题,设计一类考虑输入饱和的快速有限时间姿态跟踪控制器。采用四元数描述法建立航天器姿态模型,结合最优控制理论和快速有限时间稳定理论,对航天器姿态模型设计快速有限时间姿态控制器,并引入一类新型的饱和函数用以保证航天器控制力矩的输出受限。理论分析表明,所设计的控制器能保证收敛误差在有限时间内快速收敛于零。数值仿真结果验证了本设计方案的有效性。

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【部分图文】：

图1 四元数响应曲线

航天器姿态跟踪控制系统的四元数响应曲线对比如图1所示。在快速有限时间控制律的设计下，四元数q0,q1,q2,q3的响应速度明显比有限时间控制器能够更快地达到稳态，而且还在一定程度上抑制了q2和q3中的扰动。角速度响应曲线如图2所示，角速度误差响应曲线如图3所示。两种方法均能实现姿....

图2 角速度响应曲线

角速度响应曲线如图2所示，角速度误差响应曲线如图3所示。两种方法均能实现姿态跟踪，但相比于有限时间控制方法来说，本文所设计的快速有限时间控制器能够以较快的速度和相当准确的控制精度跟踪上最优角速度ωd*，使性能指标Θ更快达到极小。图3角速度误差响应曲线

图3 角速度误差响应曲线

图2角速度响应曲线控制力矩响应曲线如图4所示。本文设计的快速有限时间控制器的响应时间明显比有限时间控制器的响应时间快。需要注意的是，本文的设计方案并没有考虑到输入饱和问题，所以控制器的峰值力矩相对较高，从而导致控制器输入的能量消耗。

图4 控制力矩响应曲线

控制力矩响应曲线如图4所示。本文设计的快速有限时间控制器的响应时间明显比有限时间控制器的响应时间快。需要注意的是，本文的设计方案并没有考虑到输入饱和问题，所以控制器的峰值力矩相对较高，从而导致控制器输入的能量消耗。3.2基于输入饱和的快速有限时间控制方案仿真分析

本文编号：4043433