資源描述：
《大型衛(wèi)星姿態(tài)機動的滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù).pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、2011年第1期上海航天AEROSPACESHANGHAl文章編號：1006—1630(2011)01一0023一05大型衛(wèi)星姿態(tài)機動的滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)胡良軍，劉付成(上海航天控制工程研究所，上海200233)摘要：研究了大型衛(wèi)星三軸大角度姿態(tài)機動控制。建立了以控制力矩陀螺作為執(zhí)行機構(gòu)的大型衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)方程，針對快速性和魯棒性要求，設(shè)計了一種滑模變結(jié)構(gòu)控制器。控制器基于反饋四元數(shù)，避免了源自三軸大角度機動歐拉角描述的奇異性，且滑動模態(tài)能滿足Lyapunov意義的漸近穩(wěn)定。仿真結(jié)果驗證了該控制器的有效性和優(yōu)良性能。關(guān)鍵詞：大型衛(wèi)星；姿態(tài)機動；滑模變結(jié)構(gòu)；控制力矩陀螺；四
2、元數(shù)中圖分類號：V448．22文獻標志碼：AResearchonAttitudeManeuVerControlofLarge-ScaIeSate¨iteBasedonVariableStructureControlSystemwithSlidingModeHULiang_jun，LIUFu—cheng(ShanghaiAerospaceControlEnginee“ngInstitute，Shanghai200233，China)Abst瞰t：Theattitudemaneuvercontroloflarge_scalesatellitewasstudiedinthisp
3、aper．Thedynamicsmodelofsatellitebasedoncontrolmomentgyrowasbuiltup．Tomeettherequirementofthehighspeedandrobusticity，aslidingmodevariablestructurecontrollerwasderived．ThecontrollerwasdescribedbyquaterniontoremoVethesingularitycomingfromthelargeangleattitudemaneuver．Theslidingmodewouldsatis
4、fyLyapunoVstabilization．ThesimulationresultsshowedthattheproposedapproachwaseffectiveandexceUent．Keywor凼：Large-scalesatelIitelAttitudemaneuver；Variablestructurecontrolsystemwithslidingmode；Cbntrolmomentgyro；QuaternionO引言隨著航天技術(shù)的發(fā)展，航天器對姿態(tài)機動控制能力的要求越來越高，系統(tǒng)功能越來越復(fù)雜。不但要求姿態(tài)機動的速度快，而且能迅速穩(wěn)定到指定的期望姿態(tài)或
5、銜接到下一機動任務(wù)。同時，對復(fù)雜大型衛(wèi)星，還需具備抑制源于大角度姿態(tài)機動的參數(shù)攝動和撓性附近振動干擾的能力。近年來，對航天器大角度姿態(tài)機動進行了廣泛研究。文獻[1]對滑?？刂圃谛l(wèi)星姿態(tài)機動中的應(yīng)用進行了研究并設(shè)計了路徑最優(yōu)的滑模面；文獻[2]研究了剛體+撓性附件的三軸姿態(tài)機動，在實現(xiàn)衛(wèi)星剛體姿態(tài)機動的同時有效抑制了撓性附件的振動；文獻[3]基于極大值收稿日期：2009一02—0Z；修回日期：2009—03一09作者簡介：胡良軍(1984一)，男，碩士生，主要研究方向為衛(wèi)星姿態(tài)機動控制。原理和變結(jié)構(gòu)理論設(shè)計了次最優(yōu)控制器，實現(xiàn)了反作用飛輪速率飽和限制條件下的姿態(tài)大角度機動。
6、但大型衛(wèi)星的大慣量、變參數(shù)等特點對力矩輸出和系統(tǒng)魯棒性等提出了新的挑戰(zhàn)。針對大型衛(wèi)星多軸同時大角度姿態(tài)機動的需求，本文研究了一種滑模變結(jié)構(gòu)控制算法。1數(shù)學(xué)模型描述為便于研究，將撓性影響視作外部干擾力矩，可得簡化剛體衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)方程為J：擊。=(．廠，一．，。)∞，叫。+M。+L刪：一L剃，+Mb；(1)3西，=(jt—J；)∞甜。七Mc，+L剃。一L刪。+Mj，；(2)J西。一(J：一J，’)∞枷，+M。+上海航天AEROSPACESHANGHAI2011年第1期L刎，一L∥：+M0．(3)式中：魄，∞，，cc，：為衛(wèi)星的慣性角速度∞的三軸分量；，：，，，，．廠。為衛(wèi)星
7、主慣量矩J的三軸分量；虬，Mc，，M。為控制力矩陀螺提供的控制力矩M。的三軸分量；L。，L，，L：為控制力矩陀螺相對星體的角動量L的三軸分量；‰，Md，，帆為外干擾力矩M。的三軸分量，且滿足fl帆(￡)l≤‰，，‰，>o，．{lMd，(￡)I≤Md舯，，Mj。。>o，(4)【lMd：(￡)l≤M2。。，Md一，>o．此處：下標max表示最大值。為避免大角度機動時用歐拉角描述姿態(tài)產(chǎn)生的奇異，本文用四元數(shù)口表示運動學(xué)方程，即1牙=寺G(∞)g．式中：G(∞)=q‘g一1．(5)設(shè)衛(wèi)星的初始四元數(shù)qo一[q：翻醴q0]T，衛(wèi)星姿態(tài)機
