復(fù)雜衛(wèi)星魯棒變結(jié)構(gòu)姿態(tài)控制研究.pdf

1、本論文結(jié)合國防“九五”預(yù)研重點(diǎn)項(xiàng)目和“十五”預(yù)研重點(diǎn)項(xiàng)目，以復(fù)雜衛(wèi)星的姿態(tài)控制為背景，從理論上對(duì)線性以及非線性魯棒變結(jié)構(gòu)控制進(jìn)行深入的研究，內(nèi)容有很強(qiáng)的理論價(jià)值又有一定應(yīng)用前景，研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
　　首先提出一種魯棒變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)方法，考慮了干擾以及不匹配不確定項(xiàng)，同時(shí)也考慮了狀態(tài)微分項(xiàng)存在不確定性這種情況。設(shè)計(jì)了具有全局魯棒到達(dá)條件的變結(jié)構(gòu)控制器。同時(shí)滑模面采用虛擬的二次穩(wěn)定控制，這樣即使不匹配不確定項(xiàng)在到達(dá)滑模

2、面后依然存在，也不影響滑模面的穩(wěn)定性，從兩方面確保了系統(tǒng)狀態(tài)具有全局魯棒穩(wěn)定性。從數(shù)值仿真來看，該方法具有良好的動(dòng)態(tài)性能以及優(yōu)良的魯棒穩(wěn)定性能。并將這一方法推廣到常見的跟蹤系統(tǒng)。
　　利用拉格朗日方程，采用混合坐標(biāo)法和有限元方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)?；茖?dǎo)了中心剛體帶N個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)附件的飛行器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程。并進(jìn)一步導(dǎo)出一類典型的帶單翼太陽帆板展開的衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程。
　　在研究衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定問題中，給出了帶柔性太陽帆板和充液液

3、體的復(fù)雜衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定時(shí)的魯棒變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)方法。根據(jù)復(fù)雜衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，采用積分型滑模面?？刂破髟O(shè)計(jì)時(shí)考慮了星體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不確定性和干擾力矩以及模態(tài)振動(dòng)頻率偏差，并只利用星體的姿態(tài)角和姿態(tài)角速度信息，魯棒性好，隔振性能好，不受截?cái)嗄B(tài)影響，不存在控制溢出問題。
　　針對(duì)衛(wèi)星有時(shí)由于任務(wù)要求要進(jìn)行大角度姿態(tài)跟蹤，研究了帶柔性附件衛(wèi)星大角度姿態(tài)跟蹤的問題，設(shè)計(jì)了雙回路魯棒變結(jié)構(gòu)控制器。其中外回路跟蹤指定姿態(tài)角運(yùn)動(dòng)規(guī)律，內(nèi)回路跟

4、蹤虛擬的姿態(tài)角速度規(guī)律，通過頻帶錯(cuò)開，使內(nèi)環(huán)響應(yīng)速度遠(yuǎn)大于外環(huán)，從而有效解決了系統(tǒng)強(qiáng)非線性和柔性振動(dòng)以及系統(tǒng)不確定性參數(shù)帶來的控制器設(shè)計(jì)困難。從理論上可以看出系統(tǒng)在全局范圍內(nèi)具有漸近穩(wěn)定性。從仿真結(jié)果來看具有良好的動(dòng)態(tài)跟蹤性能與強(qiáng)魯棒性。
　　有時(shí)衛(wèi)星由于任務(wù)要求，柔性帆板要展開或進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng)。若不施加控制，衛(wèi)星本體姿態(tài)有很大的偏轉(zhuǎn)，嚴(yán)重者會(huì)失穩(wěn)。此時(shí)，衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程具有強(qiáng)非線性項(xiàng)，同時(shí)參數(shù)還具有強(qiáng)時(shí)變性，這給控制器的設(shè)計(jì)帶來