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一種撓性衛(wèi)星自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模姿態(tài)控制方法_2

文檔序號:8921793閱讀:來源:國知局
同。
【具體實施方式】 [0038] 三:本實施方式與一或二不同的是:步驟二中根據(jù)撓 性衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)模型,忽略撓性衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)方程中與模態(tài)相關(guān)的高階耦合項,考慮 衛(wèi)星作慣性定向飛行,同時采用小角度假設(shè),得到簡化后的撓性衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)方程具體 過程為:
[0039](1)、忽略撓性衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)方程中與模態(tài)相關(guān)的高階耦合項,將撓性衛(wèi)星姿態(tài) 動力學(xué)模型簡化為:
[0045] D為干擾及不確定性的總和,且D有界;F為未知的非線性項;
[0046](2)、考慮衛(wèi)星慣性定向飛行,且采用小角度假設(shè),近似的認(rèn)為衛(wèi)星角速度近似 等于姿態(tài)角速度6,則簡化后的撓性衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)方程具體為:
[0047]
,其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一或二相同。
【具體實施方式】 [0048] 四:本實施方式與一至三之一不同的是:步驟三中根 據(jù)簡化后的撓性衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)方程,利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計滑模姿態(tài)控制器具體過程 為:
[0049] (1)、取滑模函數(shù)s為:
[0051] C為對角陣,是待設(shè)計參數(shù);e是衛(wèi)星姿態(tài)誤差;衛(wèi)星的期望姿態(tài)角0 dS〇,誤差e =0d-0 = -0,0為衛(wèi)星的實際姿態(tài)角;
[0052](2)、聯(lián)立式(2_5)和式(2_6)得:
[0054] (3)、設(shè)計姿態(tài)控制器的基本形式為:
[0056] (4)、采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對未知的非線性項F進(jìn)行逼近:
[0057]取比(X)為
的高斯基函數(shù)形式,則:
[0058]F = ff*Th (x) + e (2-9)
[0059]式中,x = [Xl,x2,…,xJT為是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的r維輸入向量,c」為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中第 j個節(jié)點的中心向量,Cj= [c & cj2,…,CjJT;b」>0為節(jié)點j的基寬值,b = IX,b2,…,bm] T;h(x) = [h Jx), h2(x), ???,hj(x),…h(huán)m(x)]T為mX 1維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)徑向基向量,m為隱層數(shù);
為mX3理想網(wǎng)絡(luò)權(quán)值陣;e = [£l,e2, e3]T為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近誤差,且 e i有界,i取1、2、3表示衛(wèi)星的X、Y和Z三通道;將未知的非線性項F作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸 出;
[0060] (5)、將公式(2-9)的網(wǎng)絡(luò)輸入取為x = [ejf ,則網(wǎng)絡(luò)輸出的估計值/'(X)為:
[0062] 其中,#是權(quán)值的估計值;
;#2或#3分別為衛(wèi)星的X、Y和Z 三通道權(quán)值的估計值;
[0063](6)、將網(wǎng)絡(luò)輸出的估計值/'(x)引入姿態(tài)控制器u即公式(2-8)中:
[0065] (7)、將控制器代入式(2-7)得
[0068] (8)、取第一個 Lyapunov 函數(shù) \^為:
[0070] 式中,Y>0為常數(shù);
[0071] 將Vi對時間求導(dǎo)得:
[0073]其中,s 丨、82或 s 3; _ 為內(nèi)、#2 或#3 ;
[0074] (9)、取自適應(yīng)律_為:
[0076]貝丨J
[0078]如果令n ' >|D」+ | e」,則有K <0,系統(tǒng)全局漸近穩(wěn)定;其中,
[0079] 于是,滑模姿態(tài)控制器表示為:
[0080]
,其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至三 之一相同。
【具體實施方式】 [0081] 五:本實施方式與一至四之一不同的是:步驟四中進(jìn) 一步采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近符號函數(shù)n ' sgn(s),削弱抖振對姿態(tài)控制器的影響具體過程 為:
[0082](1)、采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近n ' sgn (s),令
[0083] H = n r sgn (s) (2-18)
[0084] 式中,H =[氏,H2, H3]T,氏=V sgn(s );理想情況下有:
[0086] 此時的灰;為逼近符號函數(shù)時第i個通道的理想權(quán)值向量,
%.為灰;r :或^3; & > 〇為逼近符號函數(shù)時的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近誤差,e f=
[e fl,e f2,e f3]T; e ?為e fl、e 1?2或e f3;XfiS逼近符號函數(shù)時的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入;XfiSxfl、 叉{2或叉{3;1取1、2、3表示衛(wèi)星的X、Y和Z三通道;Hi= 1、112或113;
[0087] (2)、根據(jù)n ' Sgn(s)的形式,將網(wǎng)絡(luò)的輸入取為xfi= s i;H的估計值泠為:
[0089]式中,為理想權(quán)值< 的估計值;設(shè)計姿態(tài)控制器為:
[0091] 式中:
'表示ef的估計值;
[0092] (3)、將上述控制器代入(2-7)得:
[0094]式中,
或 Wf3;
[0095] (4)、取第二個 Lyapunov 函數(shù) 乂2為:
[0097] 式中,y {和y。為常數(shù)且大于0 ;將V2對時間求導(dǎo)得
[0099] (5)、取自適應(yīng)律為
[0101]貝丨J
[0103] 令n,>|DiH £i|,有6<〇,系統(tǒng)全局漸近穩(wěn)定;
[0104] 得到削弱抖振后的滑模姿態(tài)控制器即最終完整的姿態(tài)控制器表示為:
[0106] 式中:
3其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0107] 采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果:
[0108] 實施例:
[0109] 本實施例的一種撓性衛(wèi)星自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模姿態(tài)控制方法,具體是按照以下步 驟制備的:
[0110] 為了抑制撓性模態(tài)振動和天線轉(zhuǎn)動擾動,維持衛(wèi)星姿態(tài)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行,采 用變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計的方法和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理,設(shè)計了 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模姿態(tài)控 制器。并在此基礎(chǔ)上對符號函數(shù)進(jìn)行逼近,用以削弱抖振的影響。
[0111] 研宄衛(wèi)星姿態(tài)問題,采用如下坐標(biāo)系:
[0112] ⑴地心慣性坐標(biāo)系GAYA
[0113] 坐標(biāo)系原點取在地心處,0義軸沿赤道平面與黃道平面的交線指向春分點,0 A軸 指向北極方向,與地球自轉(zhuǎn)軸重合,OJi軸與0A軸和0 A軸構(gòu)成的平面垂直并形成右手 系。
[0114] (2)軌道坐標(biāo)系0XXZ。
[0115] 原點取在衛(wèi)星質(zhì)心處,0X。軸沿軌道平面與水平面的交線指向衛(wèi)星前進(jìn)方向,0Z。 軸沿當(dāng)?shù)劂U垂線指向地心,0Y。軸與0Z。軸和0X。軸組成的平面形成右手系。衛(wèi)星對地定向 時將軌道系作為參考系。
[0116] (3)衛(wèi)星慣性參考坐標(biāo)系0XJrZr
[0117] 坐標(biāo)原點取在衛(wèi)星質(zhì)心處,OX,、0Y,、0Z,軸指向特定方向,形成慣性坐標(biāo)系。衛(wèi)星 慣性定向時將此坐標(biāo)系作為參考系。
[0118] (4)本體坐標(biāo)系 〇XbYbZb
[0119] 坐標(biāo)原點同樣取在衛(wèi)星質(zhì)心處,0Xb軸指向飛行方向,0Z b軸垂直指向星體對地安 裝面,〇Yb軸垂直于0Zb軸與0Xb軸構(gòu)成的平面并形成右手系。將0X b、0Yb、0Zb分別稱作衛(wèi) 星的滾動軸、俯仰軸、偏航軸。
[0120] 根據(jù)上述定義給出如所示的坐標(biāo)系位置關(guān)系圖如圖6所示。
[0121] 采用混合坐標(biāo)法建立撓性衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)模型,含有兩塊帆板和一根運動天線的 姿態(tài)動力學(xué)方程有以下形式:
[0124] 附件模態(tài)方程為:
[0126]其中,《s= [? u ?2,《3]TG R3為本體系相對于慣性系且投影分解在本體系中的 姿態(tài)角速度矢量;Ise R3X3為星體轉(zhuǎn)動慣量陣;u e R3是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供的星體三個通道 控制力矩矢量,可由飛輪、動量輪、推力器等提供;d e R3為衛(wèi)星所受的干擾力矩,包括環(huán)境 干擾和部件安裝誤差所引起的力矩等;R3為天線相對于其支撐臂坐標(biāo)系的角速度即 天線轉(zhuǎn)動角速度;Iae R3X3為天線轉(zhuǎn)動慣量陣;Tae R3是天線轉(zhuǎn)動驅(qū)動控制力矩;n ke Rn 為撓性模態(tài)坐標(biāo),n為模態(tài)階數(shù),k為附件編號,k = 1、2時表示兩帆板,k = 3表示天線;| k 和Qk為n維對角陣,分別表示附件的阻尼比和模態(tài)頻率;Fske R3Xn為附件振動與星體轉(zhuǎn) 動耦合系數(shù);Rsae R3X3為天線與星體轉(zhuǎn)動耦合系數(shù);Fae R3Xn為天線轉(zhuǎn)動與天線臂振動耦 合系數(shù);符號4表示如下的反對稱矩陣,吒有與4類似的形式。
[0128] 采用歐拉角描述衛(wèi)星姿態(tài),并考慮X-Y-Z轉(zhuǎn)序,相應(yīng)的轉(zhuǎn)動姿態(tài)
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