輸入成形法在撓性航天器姿態(tài)機動控制中的應(yīng)用.pdf

1、帶有大型撓性附件的現(xiàn)代航天器，在完成大角度姿態(tài)機動任務(wù)時，常常會引起附件大幅度振動，不僅會嚴(yán)重影響姿態(tài)的穩(wěn)定性能，還有可能損壞附件。因此，振動抑制是撓性航天器姿態(tài)控制須要解決的首要問題。本文對撓性航天器姿態(tài)的快速平穩(wěn)機動方法展開了研究，主要內(nèi)容有:
　　建立了撓性航天器單軸姿態(tài)動力學(xué)模型，在姿態(tài)控制系統(tǒng)中引入輸入成形技術(shù)，設(shè)計前饋控制器?？紤]到剛?cè)狁詈蠈﹂]環(huán)系統(tǒng)參數(shù)的影響，根據(jù)整個閉環(huán)系統(tǒng)的振動頻率和阻尼比信息，設(shè)計了多模態(tài)輸入成

2、形器，采用了一種基于輸入成形技術(shù)與反饋控制相結(jié)合的主動振動抑制策略。仿真結(jié)果表明，這種閉環(huán)輸入成形器能夠更有效地抑制撓性附件的振動及減小機動時間。
　　為了保證航天器姿態(tài)平穩(wěn)性的同時，進(jìn)一步減少輸入成形器帶來的時延，在分析控制系統(tǒng)各參數(shù)與閉環(huán)模態(tài)參數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了一種基于輸入成形的優(yōu)化控制方法，以實現(xiàn)撓性航天器姿態(tài)快速平穩(wěn)機動。通過對閉環(huán)系統(tǒng)的柔性模態(tài)設(shè)計輸入成形器，抑制撓性附件的振動;在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種包含機動時間、穩(wěn)

3、定時間及模態(tài)振動能量的優(yōu)化性能指標(biāo)，依此來選取閉環(huán)系統(tǒng)的剛體模態(tài)阻尼比，并優(yōu)化反饋控制參數(shù)，以提高中心剛體運動的平穩(wěn)性。仿真結(jié)果表明，所提方法可提高撓性航天器姿態(tài)機動的性能。
　　針對撓性航天器使用執(zhí)行機構(gòu)的“噴氣-飛輪”工作模式進(jìn)行moving-to-rest大角度姿態(tài)機動時，噴氣開關(guān)動作易激發(fā)撓性附件振動的問題，設(shè)計了一種ZVMM(Zero Vibration for Moving-to-rest Manoeuvre)成形器，

4、對Bang-Bang控制下的噴氣指令進(jìn)行成形;為進(jìn)一步抑制噴氣過程中模態(tài)參數(shù)突變引起的振動，提出了一種利用ZVMM成形器和參數(shù)辨識，對噴氣指令進(jìn)行“二次成形”的方法;為了提高穩(wěn)態(tài)控制精度，在姿態(tài)機動結(jié)束時將執(zhí)行機構(gòu)切換成輸出力矩可連續(xù)變化但幅值較小的飛輪，并采用變結(jié)構(gòu)控制律進(jìn)行穩(wěn)定控制。仿真結(jié)果表明，該方法不僅能使航天器快速平穩(wěn)地完成moving-to-rest大角度姿態(tài)機動，而且還能有效抑制模態(tài)參數(shù)突變引起的撓性振動。
　　對比