基于Matlab/Simulink的航天器PID控制器参数优化与仿真
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更新于2024-08-10
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本篇文章主要探讨了PD控制器参数设计在航天器姿态控制系统中的应用,特别是针对一类带动量轮机构的航天器。作者利用Matlab/Simulink软件搭建了一个航天器姿态动力学与控制的仿真框架,这种框架具有良好的可重用性和继承性,使得系统设计更加高效。
在航天器的动力学模型中,作者假设飞轮角动量为H,控制力矩通过公式(6)与飞轮角速度和角动量相联系。为了实现航天器的姿态稳定控制,采用PID控制理论,设计了PD控制器,其结构在公式(7)中给出,不考虑姿态三通道间的耦合。航天器的惯性参数和飞轮角动量的初始条件也被明确给出。
问题配置部分详细描述了航天器的具体参数,如惯性矩阵和飞轮初始角动量值,以及目标是在90秒内将姿态误差控制在极小范围(约0.1 rad)内。同时,航天器受到扰动力矩的影响,该扰动力矩具有不确定性,估计值为1.0 mN·s。
文章的核心部分着重于系统实现,通过Simulink的典型模块构建了包括PD控制器和力矩计算在内的控制模型,同时借助Matlab的非线性控制设计模块进行控制器参数的优化。该模块允许用户设置系统约束条件,比如期望的姿态误差范围,以及考虑到系统参数不确定性的边界值。通过双击非线性控制设计模块,用户可以调整参数以达到最优控制效果。
最后,研究结果显示,基于Matlab/Simulink的仿真框架有效地支持了航天器姿态动力学的模拟和PD控制器参数的优化设计。关键词包括Matlab/Simulink、航天器姿态控制、非线性控制设计模块、仿真以及PD控制器参数优化。这项工作不仅提供了实际操作的方法,也展示了如何通过数值模拟和优化技术提升航天器的姿态控制性能。
2012-12-17 上传
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