三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)控制方法研究.pdf

1、衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)是一個多輸入多輸出、耦合的不確定非線性系統(tǒng)。在軌運行的衛(wèi)星不可避免地受到各種干擾力矩的影響，并且這些干擾力矩的大小也是變化的。干擾不確定性的存在使得衛(wèi)星姿態(tài)控制問題進一步復(fù)雜化。因此，為了完成姿態(tài)控制任務(wù)，需要所設(shè)計的控制律具有較高的魯棒性。本文就是在這種背景下，從理論和應(yīng)用兩個方面對衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制算法進行了深入的研究，并將提出的姿態(tài)控制方案用于某型在研衛(wèi)星的姿態(tài)控制中。主要完成了以下幾個方面的工作：
　　

2、針對常值干擾下的衛(wèi)星姿態(tài)控制問題，給出了一種基于LQR的線性控制方法。先將建立的衛(wèi)星動力學(xué)模型進行線性化，并根據(jù)LQR方法中對參數(shù)的要求形式進行狀態(tài)變量的選取，設(shè)計合適的反饋增益，以實現(xiàn)對常值干擾的抑制，從而實現(xiàn)姿態(tài)控制。
　　針對形式已知的周期干擾力矩，在已建立的剛性衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上簡化方程，可以得到獨立的俯仰回路方程，和相互耦合的滾動/偏航回路方程，對形式已知的周期干擾力矩對衛(wèi)星姿態(tài)的影響進行理論分析。對于獨立的俯仰

3、回路可以進行單獨的補償設(shè)計。對于相互耦合的滾動/偏航回路采用滾動/偏航軸的反作用飛輪對形式已知的周期干擾力矩進行最大限度的補償，以實現(xiàn)高精度姿態(tài)控制。
　　針對有界不確定性干擾設(shè)計了幾種具有魯棒性的控制器。首先設(shè)計了一基于Lyapunov方法的四元數(shù)反饋非線性控制律，并且在理論上證明了控制律的正確性。其次設(shè)計了一個具有良好的魯棒性和快速性的滑模變結(jié)構(gòu)控制律，采用了反雙曲正切函數(shù)，避免了滑模變結(jié)構(gòu)控制中的抖振問題。最后針對角速度敏感