深空繩系衛(wèi)星系統(tǒng)有限時間姿態(tài)控制方法研究.pdf

1、隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展，采用多體航天器編隊進行深空探測是當前空間技術發(fā)展的一種新趨勢。多體繩系衛(wèi)星系統(tǒng)作為航天器編隊中的一種特殊形式，具有控制精度高、響應速度快以及節(jié)約燃料等優(yōu)點。因此本文以國家自然基金課題“深空環(huán)境下繩系衛(wèi)星動力學建模與控制研究”為研究背景，討論了深空受外界干擾和系統(tǒng)不確定性影響的多體旋轉繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)控制問題?；诖耍疚牡闹饕芯績热菘偨Y如下：
　　首先采用Euler-Lagrange方法建立多體旋轉繩系衛(wèi)

2、星系統(tǒng)姿態(tài)動力學模型，然后依據模型簡化理論對該模型進行簡化解耦，從而建立分布式多體旋轉繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)運動方程?；谠摲匠蹋紤]系統(tǒng)受外界干擾和系統(tǒng)不確定性影響，首先研究基于自適應非奇異終端滑模的多體旋轉繩系衛(wèi)星系統(tǒng)魯棒有限時間姿態(tài)控制問題。為防止控制器出現(xiàn)奇異問題并保證系統(tǒng)實際有限時間穩(wěn)定和快速響應，選取經典的非奇異終端滑模面。利用自適應技術對外界干擾和系統(tǒng)不確定進行粗略的估計和補償，加強繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的魯棒性。應用該基于自適應非奇異終

3、端滑模的有限時間姿態(tài)控制方案進行數值仿真，驗證了該控制方案的有效性。
　　接著深入研究基于干擾觀測器的快速非奇異終端滑模多體旋轉繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)控制問題。為了讓控制器不會出現(xiàn)奇異現(xiàn)象，而且還可以加快系統(tǒng)狀態(tài)的收斂速度，控制方案采用修正的快速非奇異終端滑模面。同時，為了進一步降低外界干擾和系統(tǒng)不確定性對系統(tǒng)的影響，并提高控制精度，設計干擾觀測器對外界干擾和系統(tǒng)不確定性進行觀測。基于Lyapunov方法證明了姿態(tài)控制系統(tǒng)能在有限時間內

4、穩(wěn)定，滑模面在有限時間收斂到零的鄰域內。數值仿真證明了所設計的第二種控制算法的有效性和優(yōu)越性。
　　最后為完成多體旋轉繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)控制，設計基于干擾觀測器的自適應有限時間輸出反饋控制器。相比終端滑?？刂破?，有限時間輸出反饋控制算法具有不存在奇異問題，并且控制器表達形式更為簡潔，通用性更強的優(yōu)點。為使姿態(tài)控制器中可調參數不依賴于干擾觀測器的觀測性能，引入自適應律對干擾觀測器的最終收斂鄰域進行估計。根據Lyapunov方法和有限時