挠性卫星高稳定度姿态控制方法研究

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现如今卫星的结构越来越复杂,卫星上安装的附件越来越多,为了获得高精度高稳定度的姿态控制效果,挠性附件的振动问题以及附件转动时所带来的影响必须予以足够的重视。本文主要研究安装有挠性帆板和运动天线的卫星姿态稳定问题。完成了以下几方面的工作:首先介绍了常用的坐标系和姿态的欧拉角描述方法,给出了欧拉角姿态运动学方程,根据混合坐标法建立了安装有两块帆板和一根运动天线的卫星姿态动力学模型。针对挠性帆板振动的抑制问题,结合鲁棒思想给出两种姿态控制策略。过程中运用频域分析的方法,并以减小干扰输入到角速度输出的频率响应为设计目标。首先将模型简化,把挠性影响当作干扰处理,采用了PD控制与干扰补偿器结合的方法,分析了干扰补偿器的性能,证明了此补偿器的有效性;然后将挠性影响化为乘性不确定性形式,根据H∞混合灵敏度方法设计鲁棒控制器。仿真结果表明,所设计的控制器有效抑制了挠性帆板振动,对干扰及不确定性的影响有较强的鲁棒性。针对天线转动时对星体产生扰动的问题,设计控制器进行有效抑制。首先分析了天线的转动对卫星本体稳定性造成的影响;然后根据滑模变结构控制理论,分别设计了全局滑模控制器、基于RBF神经网络的自适应鲁棒滑模控制器和反步滑模控制器,并引入天线运动的前馈补偿。选取适当的Lyapunov函数,证明了引入控制器后闭环系统的稳定性。仿真结果表明,以上的几种控制方法削弱了天线运动扰动带来的影响,完成了姿态稳定任务,同时稳态的控制精度与稳定度达到期望指标要求。
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