衛(wèi)星姿控系統(tǒng)參數(shù)辨識與遞推控制方法研究.pdf

1、針對長壽命衛(wèi)星，陀螺使用壽命可能會短于衛(wèi)星的設(shè)計壽命。為了滿足衛(wèi)星長壽命的需要減少衛(wèi)星對陀螺的依賴，有必要設(shè)計僅僅依靠星敏感器定姿的衛(wèi)星控制系統(tǒng)。然而僅僅依靠星敏感器定姿的時，存在星敏感器短時間失效問題，為了解決這一問題，本課題充分利用衛(wèi)星在軌運動為周期運動的特性，提出短時間無測量信息的衛(wèi)星動力學遞推控制方法。本文主要研究內(nèi)容包括：
　　將僅僅利用星敏感器測量姿態(tài)的衛(wèi)星作為研究對象，利用預測濾波算法與擴展卡爾曼濾波算法來對衛(wèi)星姿態(tài)

2、角和姿態(tài)角速度進行估計。預測濾波算法結(jié)合了卡爾曼濾波和最小模型估計器的優(yōu)點能夠?qū)πl(wèi)星的姿態(tài)進行實時估計，擴展卡爾曼濾波算法可直接解決非線性估計問題。通過預測濾波算法與擴展卡爾曼濾波算法的對比，挑選出一種針對基于星敏感器姿態(tài)角速度估計問題更有優(yōu)勢的方案。作為衛(wèi)星在軌辨識的基礎(chǔ)，采用遞推的最小二乘法與基于角動量守恒的最小二乘法對衛(wèi)星轉(zhuǎn)動慣量進行在軌標定。
　　針對衛(wèi)星上有效載荷產(chǎn)生的大干擾力矩，采用偏差分離估計算法進行估計。在衛(wèi)星姿態(tài)

3、動力學模型中，將干擾力矩作為參數(shù)偏差建模直接對衛(wèi)星的干擾力矩的大小進行估計。偏差分離估計算法能夠克服增廣狀態(tài)卡爾曼濾波計算量大的缺點，并且可以避免由于狀態(tài)維數(shù)較高時所帶來的數(shù)值病態(tài)問題。
　　對姿態(tài)控制精度較高的衛(wèi)星而言，當姿態(tài)控制系統(tǒng)穩(wěn)定時，受衛(wèi)星角度和角速度測量精度的影響更為明顯，衛(wèi)星執(zhí)行機構(gòu)輸出力矩中噪聲幅值可能比干擾力矩幅值還要大，通過傳統(tǒng)的濾波算法不能夠?qū)⒏蓴_力矩從噪聲中分離出來。為了解決這一問題，充分利用衛(wèi)星環(huán)境力矩頻

4、率特別小的特性，設(shè)計一種基于未知輸入觀測器與傅里葉變換去除噪聲的干擾力矩估計算法。這種方法與傳統(tǒng)的時延低通濾波器相比去噪聲效果更好，而且沒有時間延遲。
　　最后，對衛(wèi)星高精度遞推控制模型進行推導，建立精度更高而又相對簡單的衛(wèi)星動力學模型，設(shè)計基于四階龍格庫塔積分算法與基于干擾力矩模型的姿態(tài)遞推控制算法，實現(xiàn)衛(wèi)星高精度姿態(tài)控制的同時利用有星敏感器時估計出來的干擾力矩信息，并且利用飛輪來抵消干擾力矩對衛(wèi)星姿態(tài)的影響，以減慢衛(wèi)星姿態(tài)發(fā)散