文档介绍：工学硕士学位论文

三轴气浮台的鲁棒控制系统设计与仿真
ROBUST CONTROL SYSTEM DESIGN FOR
TRIAXIAL AIR-BEARING TURNTABLE

池维超

哈尔滨工业大学

2010 年 7 月
国内图书分类号:TP202 学校代码:10213
国际图书分类号:623 密级:公开

工学硕士学位论文

三轴气浮台的鲁棒控制系统设计与仿真

硕士研究生: 池维超
导师: 方勃
申请学位: 工学硕士
学科: 一般力学与力学基础
所在单位: 航天学院
答辩日期: 2010 年 7 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TP202
: 623

Thesis for the Master Degree in Engineering

ROBUST CONTROL SYSTEM DESIGN
FOR TRIAXIAL AIR-BEARING
TURNTABLE

Candidate: Weichao Chi
Supervisor: Bo Fang
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
General and Foundation of
Speciality:
Mechanics
Affiliation: School of Astronautics
Date of Defence: July, 2010
Degree Conferring Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
仿真转台作为姿态运动模拟器,主要用于空间飞行器控制系统的半实物仿
真试验,在航天领域的应用日益普及。三轴气浮转台能够很好地在地面模拟出
太空无重力、无力矩约束的动力学环境,在航天器设计等诸多领域中占有非常
重要的地位。
本论文以三轴气浮转台的控制系统为背景,基于鲁棒控制方法研究了姿态
控制系统设计问题。研究内容及成果主要在以下几个方面:
首先,通过对姿态控制系统原理的分析,建立了姿态控制系统系统的机理
模型。在此基础上,分析了转动惯量变化、未建模不确定性等方面的不确定因
素机理及各种不确定因素,综合考虑各种不确定性对系统性能的影响,给出了
姿态控制系统模型的不确定性描述形式。
其次,研究了鲁棒控制的基本思想方法,介绍了本文所涉及到的相关理
论,给出了鲁棒稳定和鲁棒性能的充分必要条件和一般被控对象的建模方法并
介绍了加权函数的选取原则。
再次,通过对实际系统的具体特性以及性能指标要求分析,对模型中的不
确定块进行了分析和简化。研究了鲁棒控制的基本思想方法和综合设计方
法,给出了为使系统鲁棒稳定性和达到一定鲁棒性能的充分必要条件,并讨论
了性能加权函数的选取原则及方法。
最后,针对某气浮转台的姿态控制系统,通过前面的理论分析确定的标称
系统模型和不确定性界函数,通过 Matlab 工具解得合适的控制器,进行了相
应的仿真及对比。

关键词:气浮台;姿态控制系统;鲁棒控制; 综合方法;加权函数
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The thesis research on the problems in the design of the attitude control
system controller using robust control method and give general steps of robust
controller design in attitude control system.
Firstly, the nominal model of attitude control system is given by analyzing the
mechanism of the system. Based on the nominal model, several uncertainty factors
which impact on the system performance are found out and analyzed, inc