题目：基于自抗扰技术的卫星姿态调节系统控制器设计

由于经典PID控制技术摆脱了数学模型的束缚，据有调节参数少，适用性强等优点，自产生以来便得到了广泛的应用。但随着控制系统的复杂，被控对象模型无法精确建立、系统存在强时滞、非线性及干扰不确定性等特点，以卫星姿态控制系统为代表，经典PID控制技术应用在这类系统中无法达到理想的控制效果。本文以带有转动部件的卫星姿态控制系统为研究对象，设计了卫星姿态调节的自抗扰控制器并给出了控制器的参数调节规律。基于卫星姿态系统的动力学模型方程，对所设计的卫星姿态控制器进行了仿真，并与基于遗传算法整定的PID控制器进行比较，仿真结果表明，相对基于遗传算法整定的PID控制器而言，所设计的自抗扰控制器在快速性、抗干扰性和鲁棒性等方面具有明显的优势。本文研究内容主要包括以下几个方面：(1)简要的介绍了经典PID控制技术的产生、发展及应用，详尽的分析了PID控制技术用于目前复杂控制系统时存在的缺陷，针对这些缺陷提出了一些改进措施，不同的改进措施结合可以生成非线性PID控制技术等其他新的PID控制器。其中重点分析了将遗传算法用于PID参数整定上的问题，特别介绍了基于遗传算法整定的PID控制器。(2)系统的介绍了跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性误差状态校正环节的数学模型及理论推导过程，并将跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性误差状态校正环节组合到一起设计自抗扰控制器。(3)在理论研究的基础上，将自抗扰控制技术应用到卫星姿态调节系统的控制上，设计了卫星姿态调节的自抗扰控制器，给出了实验仿真验证，并与基于遗传算法整定的PID控制器进行了比较。通过仿真证明了所采用的控制器控制效果比以往的控制器在鲁棒性等方面具有明显的优势。总结了自抗扰控制器中参数调节的一些规律。本文的工作得到国家自然科学基金项目（60727002，60774003）的资助。