以SGCMG為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的衛(wèi)星姿態(tài)引導(dǎo)及控制方法研究.pdf

1、為了降低衛(wèi)星的總質(zhì)量，延長其使用壽命，現(xiàn)代衛(wèi)星通常采用中心剛體帶撓性附件的結(jié)構(gòu)。同時，隨著對衛(wèi)星指向精度、姿態(tài)穩(wěn)定度等要求的提高，越來越多的衛(wèi)星使用控制力矩陀螺作為其執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成姿態(tài)控制任務(wù)。此外，在軌運(yùn)行的衛(wèi)星還常常受到系統(tǒng)參數(shù)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)摩擦、外部干擾等不確定性因素的影響。因此，撓性衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)是一個強(qiáng)耦合、具有不確定性的非線性系統(tǒng)。為了完成各種在軌運(yùn)行任務(wù)，衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)必須具備良好的控制性能，控制算法不僅要抑制姿態(tài)控制系統(tǒng)

2、中非線性、不確定性等因素的影響，還要盡可能地減小撓性附件的振動。本文針對以單框架控制力矩陀螺為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的撓性衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動控制方法和姿態(tài)引導(dǎo)方案進(jìn)行研究，主要工作分以下三方面:
　　 使用單框架控制力矩陀螺群作為衛(wèi)星的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，針對陀螺群運(yùn)行過程中存在的奇異問題，采用了廣義魯棒偽逆操縱律，一旦陀螺群陷入奇異狀態(tài)，操縱律將控制陀螺群產(chǎn)生一個微小的修正力矩，陀螺群便可自行脫離奇異狀態(tài)。在廣義魯棒偽逆操縱律的基礎(chǔ)上，針對單框架控制力矩陀

3、螺群中普遍存在的機(jī)械摩擦，設(shè)計(jì)了對摩擦進(jìn)行補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)魯棒偽逆操縱律，該操縱律對動摩擦系數(shù)具有自適應(yīng)能力，從而抑制了動摩擦對陀螺群的影響。
　　 針對撓性衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動時受到系統(tǒng)參數(shù)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等多種不確定性因素的影響，提出了一種自適應(yīng)姿態(tài)控制算法，采用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近不確定性項(xiàng)，并通過將該控制律和自適應(yīng)魯棒偽逆操縱律相結(jié)合，進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，回避了單框架控制力矩陀螺群的奇異問題。考慮到撓性附件與衛(wèi)星本體間的耦合作用使附件振動對

4、衛(wèi)星姿態(tài)控制有很大影響，設(shè)計(jì)了一種考慮柔性動力學(xué)的撓性衛(wèi)星姿態(tài)控制算法，在推導(dǎo)時考慮了不依賴撓性附件模態(tài)信息的柔性動力學(xué)，改善撓性衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制精度。針對衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動時初始角速度不為零的情況，控制衛(wèi)星進(jìn)行擬歐拉旋轉(zhuǎn)。
　　 為了減小撓性衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動過程中角加速度突變激起的撓性附件振動，提出了一種姿態(tài)引導(dǎo)方案，該方案基于四元數(shù)式進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以有效避免衛(wèi)星姿態(tài)奇異問題。針對撓性衛(wèi)星靜止到靜止機(jī)動過程，設(shè)計(jì)衛(wèi)星繞歐拉特征軸旋轉(zhuǎn)