基于滑模控制的超低軌道航天器姿態(tài)控制方法研究.pdf

1、超低軌道航天器是指軌道高度在120-300千米范圍內(nèi)的航天器。由于軌道高度極低，超低軌道航天器在對地觀測等方面具有明顯優(yōu)勢。在超低軌道上存在大量氣體分子，氣動力作用明顯，超低軌道航天器就必須考慮氣動力矩等環(huán)境干擾的影響，其姿態(tài)控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有較強的抗干擾能力。通過設(shè)計不連續(xù)的控制律，滑模控制可使系統(tǒng)沿滑模軌跡運動，對外部干擾魯棒性強。因此，本文考慮外界干擾影響，研究了超低軌道航天器滑模姿態(tài)控制方法。本文主要工作有：
　　以姿態(tài)動力

2、學(xué)和運動學(xué)方程為基礎(chǔ)建立了超低軌道航天器姿態(tài)動力學(xué)模型。基于四元數(shù)法推導(dǎo)了姿態(tài)誤差運動學(xué)和動力學(xué)方程。對影響超低軌道航天器的環(huán)境干擾力矩——氣動力矩和引力梯度力矩進行了分析計算。
　　設(shè)計了滑模姿態(tài)控制律，解決了外界強干擾影響下超低軌道航天器的姿態(tài)穩(wěn)定控制問題?；谧藨B(tài)誤差選取了滑模面，根據(jù)動力學(xué)方程設(shè)計了控制律，并利用李亞普諾夫理論證明了其全局穩(wěn)定性。采用雙曲正切函數(shù)替換符號函數(shù)，削弱了滑模固有的抖振。仿真結(jié)果證明了滑?？刂坡傻?/p>

3、有效性和強魯棒性。
　　設(shè)計了變參數(shù)的有界姿態(tài)控制律，解決了控制受限下超低軌道航天器的姿態(tài)穩(wěn)定控制問題?；谧藨B(tài)誤差選取了變參數(shù)滑模面，依據(jù)滑模面設(shè)計了有界控制律，并利用李亞普諾夫理論證明了其全局穩(wěn)定性。為加快收斂，引入了滑模面切換機制。仿真結(jié)果表明所設(shè)計的控制律不僅在較短時間內(nèi)實現(xiàn)了姿態(tài)穩(wěn)定控制，而且控制力矩始終處于預(yù)定范圍。
　　設(shè)計了終端滑模姿態(tài)控制律，解決了超低軌道航天器有限時間姿態(tài)穩(wěn)定的問題?；诮K端滑模理論，選取