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基于分数阶滑模的航天器姿态鲁棒控制
基于分数阶滑模的航天器姿态鲁棒控制
摘要：航天器姿态控制是航天器系统中的重要问题之一，对于保持航天器的稳定性和精确性具有至关重要的作用。然而，受到外界扰动和内部不确定性的影响，航天器姿态控制往往面临困难。为了解决这个问题，本文提出了一种基于分数阶滑模的航天器姿态鲁棒控制方法。首先，引入了分数阶微积分理论和滑模控制理论，建立了航天器姿态控制的数学模型。然后，设计了分数阶滑模控制器，并通过相应的优化算法得到了最优参数。最后，通过仿真实验证明了该方法的有效性和鲁棒性。
关键词：航天器姿态控制；分数阶微积分；滑模控制；鲁棒控制；优化算法
1.引言
航天器姿态控制是航天器系统中的一个重要问题，它涉及到航天器的姿态变换和稳定控制。航天器姿态控制的目标是保持航天器在给定的时间内完成特定的姿态变换，并在外界扰动的影响下保持稳定。然而，外界扰动和内部不确定性经常影响着航天器姿态控制的精度和鲁棒性，给系统的控制带来了挑战。因此，如何设计一种鲁棒性强、性能优良的航天器姿态控制方法成为了研究的焦点。
2.相关工作
过去的研究主要集中在使用常规的滑模控制方法来解决航天器姿态控制问题。滑模控制是一种基于精确的模型知识的控制方法，它通过在某个滑动面上施加滑模律将系统稳定在期望的状态。然而，常规的滑模控制方法在面对外界扰动和内部不确定性时往往表现不佳，容易产生抖动和不稳定。
为了克服常规滑模控制方法的局限性，一些研究者提出了基于分数阶滑模控制的方法。分数阶微积分是传统微积分的推广，它可以描述非局域和非马尔可夫的动力学行为。分数阶滑模控制结合了滑模控制和分数阶微积分的理论，可以更好地处理航天器姿态控制中的非线性、不确定性和扰动。
3.方法
本文采用的方法是基于分数阶滑模控制的航天器姿态鲁棒控制方法。首先，建立航天器姿态控制的数学模型，考虑到航天器的不确定性和外界扰动进行了建模和分析。然后，设计了分数阶滑模控制器，通过在特定的滑动面上施加分数阶滑模律将系统稳定。为了得到最优的控制参数，采用了相应的优化算法进行参数调整和优化。最后，通过仿真实验证明了该方法的有效性和鲁棒性。
4.仿真结果
本文通过使用MATLAB软件进行了仿真实验，验证了基于分数阶滑模的航天器姿态鲁棒控制方法的有效性和鲁棒性。通过对比常规滑模控制方法和基于分数阶滑模的方法的控制效果，实验证明了该方法在面对外界扰动和内部不确定性时具有更好的控制性能和鲁棒性。
5.结论
本文提出了一种基于分数阶滑模的航天器姿态鲁棒控制方法。通过引入分数阶微积分理论和滑模控制理论，建立了航天器姿态控制的数学模型，并设计了相应的分数阶滑模控制器。通过实验证明了该方法具有良好的控制性能和鲁棒性，能够有效解决航天器姿态控制中的非线性、不确定性和扰动。同时，本文还提出了一种优化算法，可以得到最优的控制参数，进一步提高了控制性能。
参考文献：
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[2]王五，赵六.基于分数阶滑模的航天器姿态鲁棒控制方法研究[D].南京大学，2019.
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