輸入成形法在撓性航天器姿態(tài)機動控制中的應用.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)機動任務時，常常會引起附件大幅度振動，不僅會嚴重影響姿態(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，主要內容有:
　　建立了撓性航天器單軸姿態(tài)動力學模型，在姿態(tài)控制系統(tǒng)中引入輸入成形技術，設計前饋控制器?？紤]到剛柔耦合對閉環(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與反饋控制相結合的主動振動抑制策略。仿真結果表明，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)關系的基礎上，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)設計輸入成形器，抑制撓性附件的振動;在此基礎上，設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，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)行機構的“噴氣-飛輪”工作模式進行moving-to-rest大角度姿態(tài)機動時，噴氣開關動作易激發(fā)撓性附件振動的問題，設計了一種ZVMM(Zero Vibration for Moving-to-rest Manoeuvre)成形器，

4、對Bang-Bang控制下的噴氣指令進行成形;為進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)機動結束時將執(zhí)行機構切換成輸出力矩可連續(xù)變化但幅值較小的飛輪，并采用變結構控制律進行穩(wěn)定控制。仿真結果表明，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