欠驅(qū)動(dòng)剛體航天器姿態(tài)控制問題研究.pdf

1、由于航天器系統(tǒng)對(duì)于可靠性和安全性有著極高的要求，因此提高航天器系統(tǒng)的可靠性有著非常重要的意義。本文主要從控制策略上對(duì)欠驅(qū)動(dòng)剛體航天器的姿態(tài)控制問題進(jìn)行研究以提高航天器系統(tǒng)的可靠性。該方法不僅可以減少系統(tǒng)的質(zhì)量、體積和成本，而且是對(duì)硬件冗余的備份，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。因此，研究欠驅(qū)動(dòng)航天器的姿態(tài)控制問題對(duì)于提高整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性和延長航天器的使用壽命有著重要的意義。本文以欠驅(qū)動(dòng)航天器的姿態(tài)控制問題為研究對(duì)象，在深入研究和分析了國內(nèi)外

2、關(guān)于欠驅(qū)動(dòng)航天器姿態(tài)控制問題研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)欠驅(qū)動(dòng)航天器的姿態(tài)控制問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究內(nèi)容分為如下三個(gè)方面：
　?、艑?duì)欠驅(qū)動(dòng)航天器系統(tǒng)特性進(jìn)行了詳盡的分析。欠驅(qū)動(dòng)航天器系統(tǒng)是一類非線性的非完整系統(tǒng)，對(duì)其系統(tǒng)特性的分析有助于深入理解欠驅(qū)動(dòng)航天器系統(tǒng)的本質(zhì)，同時(shí)可以為控制律的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。本文針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)航天器系統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)特性、非完整特性、平衡點(diǎn)特性、可接近性和可控性等進(jìn)行了研究，并給出了詳細(xì)的證明。
　?、漆槍?duì)

3、欠驅(qū)動(dòng)航天器姿態(tài)鎮(zhèn)定控制問題進(jìn)行了研究。由于欠驅(qū)動(dòng)航天器不能通過連續(xù)可微的或時(shí)不變的狀態(tài)反饋控制律實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)定，因此本文主要研究非連續(xù)的和時(shí)變的反饋鎮(zhèn)定控制律。針對(duì)欠航天器的欠驅(qū)動(dòng)軸是否為慣性對(duì)稱軸，分為兩種情況進(jìn)行研究。對(duì)于欠驅(qū)動(dòng)軸為慣性對(duì)稱軸的情況，在欠驅(qū)動(dòng)軸初始角速度為零的假設(shè)條件下，分別基于不變流形技術(shù)和σ處理方法，設(shè)計(jì)了兩種非連續(xù)的反饋鎮(zhèn)定控制律，并利用Lyapunov穩(wěn)定性理論對(duì)控制器的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。重點(diǎn)研究了非軸對(duì)稱欠驅(qū)動(dòng)

4、航天器的姿態(tài)鎮(zhèn)定控制問題。本文基于齊次系統(tǒng)方法、平均化理論以及Lyapunov穩(wěn)定性理論，為欠驅(qū)動(dòng)航天器設(shè)計(jì)了時(shí)變的反饋鎮(zhèn)定控制律，實(shí)現(xiàn)了欠驅(qū)動(dòng)航天器姿態(tài)的指數(shù)收斂。理論分析和數(shù)值仿真結(jié)果表明了所提控制策略的有效性。
　　⑶針對(duì)單軸飛輪失效時(shí)航天器姿態(tài)跟蹤控制問題進(jìn)行了研究。航天器的姿態(tài)跟蹤問題是航天器姿態(tài)控制中的一個(gè)重要問題，在編隊(duì)飛行、空間觀測(cè)和交會(huì)對(duì)接等航天任務(wù)中有著廣泛的應(yīng)用。由于反作用飛輪和磁力矩器在現(xiàn)代微小型航天器上的