基于自抗擾控制的空間飛行器姿態(tài)控制研究-論文.pdf

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1、2014年第7期文章編號(hào)：1009—2552(2014)07—0053—05中圖分類號(hào)：TP273．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A基于自抗擾控制的空間飛行器姿態(tài)控制研究王坤，蔡遠(yuǎn)利(1．西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院，西安710032；2．西安交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，西安710049)摘要：空間飛行器姿態(tài)控制的主流方法是基于經(jīng)典控制理論的，但它要求建立對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)對(duì)象模型不精確或是具有非線性、時(shí)變特性時(shí)，經(jīng)典控制方法將很難滿足實(shí)際的設(shè)計(jì)要求。在分析了空間飛行器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)特性的基礎(chǔ)上，引入自抗擾技術(shù)，設(shè)計(jì)

2、了兩種姿態(tài)控制系統(tǒng)，并將兩者的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了自抗擾控制方法的有效性，同時(shí)指出了在實(shí)際應(yīng)用中需注意的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：空間飛行器；姿態(tài)控制；自抗擾控制ResearchonspacecraftattitudecontrolbasedonactivedisturbancerejectioncontrolWANGKun．CAIYuan．1i(1．SchoolofElectronicandInformationEngineering，Xi’anTechnologyUniversity，Xi’an710032

3、，China；2．SchoolofElectronicandInformationEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Thepopularapproachinthedesignofspacecraftattitudecontrolsystemisthetraditionalcontroltheory，whichcouldgetgoodresul~inthepracticalapplication．However

4、，itneedsexactmathematicalmodelofthevehicles．Ifthesystemisimprecise，nonlinearandtime—variable，thetraditionalmethodwilldecreasethecontrolprecision．Basedonthedynamicandkinematicequationsofspacecraftattitudesystem，twodifferentcontrollersareconstructed．Onei

5、sthetraditionalcontroller，andtheotheristhenewtypecontrollerthatistheSO·calledactivedisturbancerejectioncontroller．Bycomparingthesimulationresults，thevalidityandthemeritsofthenewmethodarewellshown．Keywords：spacecraft；attitudecontrol；activedisturbanrejec

6、tioncontrol0引言確的姿態(tài)控制還是軌道控制的基礎(chǔ)，因此，本文主要研究空間飛行器的姿態(tài)控制問(wèn)題。空間飛行器是指運(yùn)行在大氣層外的飛行器，在飛行器在工作過(guò)程中要受到各種環(huán)境干擾力和科學(xué)研究、國(guó)防及經(jīng)濟(jì)建設(shè)中都有著非常重要的作干擾力矩的作用，例如引力梯度、太陽(yáng)輻射、地球磁用。為了使空間飛行器完成規(guī)定的任務(wù)，必須要有場(chǎng)等，這些都是無(wú)法精確描述的，而且飛行器的姿態(tài)性能優(yōu)良的控制系統(tǒng)?？臻g飛行器的運(yùn)動(dòng)控制主要?jiǎng)恿W(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程都呈現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性和耦合包括兩方面的內(nèi)容：軌道控制和姿態(tài)控制。軌道控性。如果

7、計(jì)及現(xiàn)代空間飛行器的多體結(jié)構(gòu)、某些部制使飛行器在星體的引力場(chǎng)中按期望的空間軌跡運(yùn)件的結(jié)構(gòu)柔性和燃料儲(chǔ)箱內(nèi)液體的晃動(dòng)，相應(yīng)的姿動(dòng)，或使飛行器在多個(gè)星體的引力場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)態(tài)動(dòng)力學(xué)描述就更加復(fù)雜了。早期的空間飛行器由移；姿態(tài)控制則使飛行器的姿態(tài)在空間軌道控制運(yùn)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度要求不高，姿態(tài)控制的各自由度之動(dòng)中保持預(yù)定的方位和指向，或進(jìn)行方位和指向的機(jī)動(dòng)?。飛行器所承擔(dān)的規(guī)定任務(wù)，必須在一定的收稿日期：2013—10—23基金項(xiàng)目：西安工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)基金資助項(xiàng)目(XAGDXJJ0617)軌道和姿態(tài)精度保證下

8、才能完成，而軌道和姿態(tài)的作者簡(jiǎn)介：王坤(1976一)，女，講師，碩士，研究方向?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)與精度完全依賴于軌道控制系統(tǒng)和姿態(tài)控制系統(tǒng)。準(zhǔn)智能控制算法。一53—間可以進(jìn)行解耦，通?？刹捎脝屋斎耄瘑屋敵龅墓诺涞母櫤透麟A微分信號(hào)；非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器控制理論進(jìn)行系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代空間飛行器“觀測(cè)”出系統(tǒng)的各階狀態(tài)變量以及所謂的“擴(kuò)張狀承擔(dān)任務(wù)的增加造成了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在這種情況態(tài)”，即系統(tǒng)的總擾動(dòng)量；跟蹤一微分器和擴(kuò)張狀態(tài)下，忽略姿態(tài)動(dòng)力學(xué)的耦合效應(yīng)，已無(wú)法滿足高精度觀