带太阳帆板卫星姿态控制方法研究
大型化、低刚度和挠性化已成为现代航天器发展的一个重要趋势。卫星上安装的太阳帆板的尺寸越来越大，其弹性振动直接影响主体的姿态。如不采取切实有效的控制措施，卫星姿态的指向精度和稳定度很难满足要求。本文以带挠性太阳帆板卫星为研究对象，目的是将近期发展起来的支持向量机理论应用于挠性卫星姿态控制中，以期获得好的姿态控制效果。 基于统计学习理论的支持向量机因为具有其他学习机器所没有的优点而得到了广泛关注。目前已经有利用支持向量机进行黑箱系统辨识与控制的相关研究，但还没有出现支持向量机与挠性卫星姿态控制相结合的文献。 本文首先建立了带太阳帆板卫星姿态动力学模型，结合实际卫星数据对姿态模型进行了简化。设计了经典的PD控制律，应用该控制律对考虑不同阶模态的模型分别进行了控制仿真，并分析了各阶模态对姿态控制系统的影响。进一步又设计了PD加谐振滤波器的控制方法以对帆板一阶挠性模态振动进行抑制。仿真结果表明，PD加谐振滤波器的控制效果优于单独使用PD控制律的控制效果，有效地减小了一阶模态振动对姿态控制的影响。 针对挠性卫星姿态动力学特性复杂、建模不确定性突出等问题，本文重点设计了基于支持向量机的非精确模型的逆模型控制律。首先对该控制算法进行了理论上的分析，并对控制稳定性进行了仿真验证，然后分别在考虑阶跃干扰、周期性干扰的情况下进行了仿真。控制仿真结果证明，该控制律能够使系统具有好的稳态效果和动态品质，有效地减小了挠性模态振动对姿态控制的影响，并对干扰具有一定的抑制能力。 考虑实际卫星执行机构力矩输出受限，本文在基于支持向量机的逆模型控制律的基础上又对力矩输出过大难以实现的问题进行了研究。在对逆模型控制方案中的衰减因子在不同值下的仿真结果分析的基础上，分别提出了分段衰减、幂数衰减、输入限幅的控制律。仿真结果表明，以上控制律在系统响应的快速性、稳态效果和所能提供的控制力矩之间达到了好的折衷。
挠性卫星;太阳帆板;姿态控制;支持向量机;动力学模型;PD加谐振滤波器
哈尔滨工业大学
硕士
控制科学与工程
马广程
2009
中文
V448.22
59
2013-03-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）