毕设中期报告 的.doc

毕业设计（论文）中期报告 题 目： 专 业 学 生 学 号 指导教师 日 期 哈尔滨工业大学教务处制 研究内容 本文对比了现有的摩擦补偿方案，决定设计摩擦补偿观测器，并采用变结构控制的方式，使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动 反作用飞轮的低速摩擦与润滑机理和较准确的低速摩擦模型、收敛的飞轮摩擦补偿状态观测器设计及其应用； 变结构控制的基础理论与应用以及包含摩擦补偿观测器的变结构姿态控制系统的设计； 考虑摩擦的变结构姿态控制系统的Simulink仿真与结果评价及进一步减小控制量和震颤的优化方案，并在仿真中验证优化的效果。 研究方案及进度安排 查阅有关飞轮低速摩擦和润滑的相关文献或者进行实验测定数据，给出较为精确的低速过零时的摩擦模型，并将其合理的连续化，再由现代控制理论得出观测器状态方程，并证明其收敛性。 学习滑模变结构控制的相关理论，并研究将之运用于卫星姿态控制的方式。 根据卫星姿态动力学模型，首先建立不失真实性的三通道姿态计控制系统（包含不确定的干扰因素），并在Simulink中搭建模块，进行计算机仿真以观察低速摩擦对姿态控制系统的影响。 在已有基础上，以减小姿态误差和扰动为目标，设计基于状态观测器的变结构卫星姿态控制系统，并在同等条件下进行仿真，并与之前的仿真结果进行对比。 结合工程实际方法，从多角度尝试对这种控制策略进行进一步优化，目前尚在论证中的方案是在低速时增加系统阻尼或采用极点连续变化的方式，以改善其震颤特性，并进行仿真验证。 进度完成情况 序号 阶段及内容 起讫日期 阶段成果形式 完成情况 1 通过导师的参考方向和自己的兴趣确定研究课题 2015年3月3日 至 2015年3月5日 选题方案 已完成 2 通过网络等途径搜集相关资料，并进行加工整理，总结研究现状，发现问题 2015年3月6日 至 2015年3月11日 资料总结 已完成 3 确定研究课题，梳理资料后撰写开题报告，认真思考导师给的意见和建议，完善开题报告。进行开题报告答辩 2015年3月12日 至 2015年3月19日 开题报告 已完成 4 摩擦模型的建立及连续化，开始详细学习滑模变结构控制的相关理论，并研究将之运用于卫星姿态控制系统的方案 2015年3月20日 至 2015年3月25日 较为真实的连续化摩擦模型 已完成 5 状态观测器方程的建立 2015年3月26日 至 2015年4月5日 收敛的状态观测器 已完成 6 根据卫星姿态动力学模型，建立不失真实性的三通道卫星姿态计控制系统 2015年4月6日 至 2015年4月15日 考虑摩擦的三通道姿态计控制系统 已完成 7 学习卫星姿态动力学模型和matlab仿真方法，在计算机中搭建控制系统，并进行仿真（包含摩擦等不确定的干扰因素） 2015年4月16日 至 2015年4月25日 未经优化的系统仿真曲线 已完成 8 总结研究结果，撰写中期报告，进行中期答辩 2015年4月25日 至 2015年4月30日 中期报告 进行中 9 继续学习变结构控制，并开始设计基于状态观测器的变结构卫星姿态控制系统，进行仿真 2015年5月1日 至 2015年5月20日 仿真曲线 未完成 10 尝试改进控制策略，改善控制效果 2015年5月21日 至 2015年6月6日 优化的仿真曲线 未完成 11 总结研究结果，撰写论文。 2015年6月7日 至 2015年6月20日 最终论文 未完成 表1 已完成的研究工作及成果Ω=(Ω1,Ω2,Ω3)，则克得到卫星相对其质心O的动量矩： 设卫星受环境干扰力矩Te，则由动量矩定理有： 代公式入公式，可得方程： 其中， 为角速度的叉乘矩阵，为飞轮对本体的实际输出力矩，记作Tu故得到卫星姿态动力学方程： 同理，对于飞轮，其动力学方程为： 其中TC为根据控制方程求出的应有控制力矩，Tf为摩擦力矩，主要包括轴承固体间摩擦力矩和润滑剂的粘滞摩擦力矩。 对于卫星姿态运动的描述，考虑到避免奇异，采用姿态四元数q描述卫星姿态。 以四元数形式表示的卫星姿态运动学方程： 其中： 为卫星姿态四元数； 摩擦模型建立及状态观测器设计 反作用飞轮在轴承的支撑下转动，不仅仅受到电机的驱动力矩，也受到轴承的摩擦力矩，二者合力矩才是飞轮的和外力矩，即姿态控制系统真正的控制力矩： 其中，Tr为卫星实际控制力矩，Tc为根据控制律得出的应受控制力矩，Tf主要包括轴承固体间摩擦力矩、库伦摩擦力矩和润滑剂的粘滞摩擦力矩，粘性摩擦力矩与转速成正比，比例系数为K