柔性卫星大角度快速机动稳定控制算法研究
卫星姿态快速机动稳定控制技术是光学卫星三维成像的关键技术之一。本学位论文对携带柔性附件卫星的快速机动稳定控制算法展开了研究，主要完成以下几个方面的工作： 建立了卫星姿态动力学单轴模型，引入了适用于卫星快速机动稳定控制的输入成形理论，并分析了各种不同的成形器对频率变化的敏感性。为提高控制系统的鲁棒性，根据整个闭环系统的振动频率和阻尼比信息设计了前馈鲁棒多模态输入成形器，采用了一种基于输入成形和反馈控制联合的主动振动抑制策略。仿真结果表明该策略能成功地抑制柔性附件的振动及减小系统的机动时间，并使系统对参数的摄动具有鲁棒性。 为进一步提高输入成形理论对外界干扰的抵抗能力，提出了输出成型和动态变结构输出反馈相结合的控制算法，来实现柔性卫星姿态快速机动与稳定控制。首先，将单轴柔性动力学方程变换为成标准状态空间的形式。其次，研究了输出反馈变结构控制器的滑模平面设计方法。最后在考虑喷气脉冲延迟、参数不确定性和外部干扰的境况下，提出了结合输入成形和变结构控制理论的输出反馈控制算法。仿真结果表明，该控制算法可以减少机动稳定时间，大幅降低在姿态快速机动过程中的柔性附件振动，且对参数摄动具有较强的鲁棒性。 针对柔性卫星三轴大角度快速机动控制，提出了一种形式简洁的变结构输出反馈跟踪控制算法。首先，提出了绕欧拉轴机动以“bang-off-bang”运动的形式设计姿态参考轨迹；其次，在柔性卫星动力学方程的基础上推导了柔性卫星相对参考轨迹的姿态动力学方程；最后，设计了变结构输出反馈跟踪控制算法，并证明了该算法的稳定性；数学仿真结果表明该方法能够很好的完成柔性卫星快速姿态机动稳定控制。 最后，对本文提出的动态变结构与输入成形联合控制算法以及变结构输出反馈控制算法进行了半物理仿真验证。针对在半物理仿真中柔性等效的问题，提出了一种新的使用反作用飞轮等效柔性附件振动的方法。仿真结果表明了本文所提出控制算法的有效性。
光学卫星;柔性附件;机动稳定控制;姿态动力学;输出反馈控制
哈尔滨工业大学
硕士
人机与环境工程
孙兆伟
2009
中文
V448.221.1;V474
33
2013-03-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）