撓性衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)及太陽帆板振動(dòng)抑制研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代航天任務(wù)復(fù)雜性與多樣性增加，在對(duì)地觀測(cè)、跟蹤指向等場(chǎng)合對(duì)撓性衛(wèi)星大角度姿態(tài)機(jī)動(dòng)性能以及跟蹤指向的精度提出了更高要求。本文在此背景下研究了撓性衛(wèi)星大角度機(jī)動(dòng)姿態(tài)控制及穩(wěn)定算法，并針對(duì)機(jī)動(dòng)過程中撓性附件的振動(dòng)抑制設(shè)計(jì)了控制方案。主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　選取姿態(tài)四元數(shù)作為姿態(tài)描述參數(shù)得到相應(yīng)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并建立了撓性衛(wèi)星全星動(dòng)力學(xué)模型，基于撓性衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。由于撓性衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程相互耦合，本文的

2、總體設(shè)計(jì)思路為：將衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)與撓性太陽帆板振動(dòng)解耦，從而將其分解為兩個(gè)系統(tǒng)，針對(duì)解耦后得到的兩個(gè)系統(tǒng)分別獨(dú)立設(shè)計(jì)姿態(tài)控制器與撓性附件振動(dòng)抑制控制器。
　　首先利用變結(jié)構(gòu)思想對(duì)耦合的撓性衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)方程與太陽帆板振動(dòng)方程進(jìn)行解耦，將兩者之間的耦合項(xiàng)視為干擾，并在該干擾與外部干擾力矩存在的情況下針對(duì)姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了理想的滑模變結(jié)構(gòu)控制器；針對(duì)該理想滑膜變結(jié)構(gòu)控制器引入的抖振問題，修改控制器使其連續(xù)化，使系統(tǒng)進(jìn)入“準(zhǔn)滑?！睜顟B(tài)，此時(shí)

3、，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)將收斂于一邊界層內(nèi)。文章給出了邊界層厚度與控制器參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過對(duì)控制器參數(shù)的選擇將使系統(tǒng)最終滿足期望的精度，以此保證系統(tǒng)能滿足控制精度又消除抖振。
　　針對(duì)撓性衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量往往時(shí)變且難以獲得，外部干擾力矩邊界難以確定且其估計(jì)值往往具有較大保守性的問題，引入自適應(yīng)控制律設(shè)計(jì)了自適應(yīng)滑?？刂破?。該控制器不需要衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并可通過自適應(yīng)律對(duì)外部干擾邊界進(jìn)行估計(jì)；此外，仍在該前提下進(jìn)一步考慮執(zhí)行器輸出飽和與故障，建立