三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)控制方法研究.pdf

1、衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出、耦合的不確定非線性系統(tǒng)。在軌運(yùn)行的衛(wèi)星不可避免地受到各種干擾力矩的影響，并且這些干擾力矩的大小也是變化的。干擾不確定性的存在使得衛(wèi)星姿態(tài)控制問(wèn)題進(jìn)一步復(fù)雜化。因此，為了完成姿態(tài)控制任務(wù)，需要所設(shè)計(jì)的控制律具有較高的魯棒性。本文就是在這種背景下，從理論和應(yīng)用兩個(gè)方面對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制算法進(jìn)行了深入的研究，并將提出的姿態(tài)控制方案用于某型在研衛(wèi)星的姿態(tài)控制中。主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：
　　

2、針對(duì)常值干擾下的衛(wèi)星姿態(tài)控制問(wèn)題，給出了一種基于LQR的線性控制方法。先將建立的衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行線性化，并根據(jù)LQR方法中對(duì)參數(shù)的要求形式進(jìn)行狀態(tài)變量的選取，設(shè)計(jì)合適的反饋增益，以實(shí)現(xiàn)對(duì)常值干擾的抑制，從而實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制。
　　針對(duì)形式已知的周期干擾力矩，在已建立的剛性衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化方程，可以得到獨(dú)立的俯仰回路方程，和相互耦合的滾動(dòng)/偏航回路方程，對(duì)形式已知的周期干擾力矩對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響進(jìn)行理論分析。對(duì)于獨(dú)立的俯仰

3、回路可以進(jìn)行單獨(dú)的補(bǔ)償設(shè)計(jì)。對(duì)于相互耦合的滾動(dòng)/偏航回路采用滾動(dòng)/偏航軸的反作用飛輪對(duì)形式已知的周期干擾力矩進(jìn)行最大限度的補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)高精度姿態(tài)控制。
　　針對(duì)有界不確定性干擾設(shè)計(jì)了幾種具有魯棒性的控制器。首先設(shè)計(jì)了一基于Lyapunov方法的四元數(shù)反饋非線性控制律，并且在理論上證明了控制律的正確性。其次設(shè)計(jì)了一個(gè)具有良好的魯棒性和快速性的滑模變結(jié)構(gòu)控制律，采用了反雙曲正切函數(shù)，避免了滑模變結(jié)構(gòu)控制中的抖振問(wèn)題。最后針對(duì)角速度敏感