復(fù)雜衛(wèi)星魯棒變結(jié)構(gòu)姿態(tài)控制研究.pdf

1、本論文結(jié)合國防“九五”預(yù)研重點項目和“十五”預(yù)研重點項目，以復(fù)雜衛(wèi)星的姿態(tài)控制為背景，從理論上對線性以及非線性魯棒變結(jié)構(gòu)控制進行深入的研究，內(nèi)容有很強的理論價值又有一定應(yīng)用前景，研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：
　　首先提出一種魯棒變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計方法，考慮了干擾以及不匹配不確定項，同時也考慮了狀態(tài)微分項存在不確定性這種情況。設(shè)計了具有全局魯棒到達條件的變結(jié)構(gòu)控制器。同時滑模面采用虛擬的二次穩(wěn)定控制，這樣即使不匹配不確定項在到達滑模

2、面后依然存在，也不影響滑模面的穩(wěn)定性，從兩方面確保了系統(tǒng)狀態(tài)具有全局魯棒穩(wěn)定性。從數(shù)值仿真來看，該方法具有良好的動態(tài)性能以及優(yōu)良的魯棒穩(wěn)定性能。并將這一方法推廣到常見的跟蹤系統(tǒng)。
　　利用拉格朗日方程，采用混合坐標(biāo)法和有限元方法對系統(tǒng)進行動力學(xué)?；?，推導(dǎo)了中心剛體帶N個柔性轉(zhuǎn)動附件的飛行器姿態(tài)動力學(xué)方程。并進一步導(dǎo)出一類典型的帶單翼太陽帆板展開的衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)方程。
　　在研究衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定問題中，給出了帶柔性太陽帆板和充液液

3、體的復(fù)雜衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定時的魯棒變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計方法。根據(jù)復(fù)雜衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定動力學(xué)特點，采用積分型滑模面?？刂破髟O(shè)計時考慮了星體轉(zhuǎn)動慣量不確定性和干擾力矩以及模態(tài)振動頻率偏差，并只利用星體的姿態(tài)角和姿態(tài)角速度信息，魯棒性好，隔振性能好，不受截斷模態(tài)影響，不存在控制溢出問題。
　　針對衛(wèi)星有時由于任務(wù)要求要進行大角度姿態(tài)跟蹤，研究了帶柔性附件衛(wèi)星大角度姿態(tài)跟蹤的問題，設(shè)計了雙回路魯棒變結(jié)構(gòu)控制器。其中外回路跟蹤指定姿態(tài)角運動規(guī)律，內(nèi)回路跟

4、蹤虛擬的姿態(tài)角速度規(guī)律，通過頻帶錯開，使內(nèi)環(huán)響應(yīng)速度遠大于外環(huán)，從而有效解決了系統(tǒng)強非線性和柔性振動以及系統(tǒng)不確定性參數(shù)帶來的控制器設(shè)計困難。從理論上可以看出系統(tǒng)在全局范圍內(nèi)具有漸近穩(wěn)定性。從仿真結(jié)果來看具有良好的動態(tài)跟蹤性能與強魯棒性。
　　有時衛(wèi)星由于任務(wù)要求，柔性帆板要展開或進行定向運動。若不施加控制，衛(wèi)星本體姿態(tài)有很大的偏轉(zhuǎn)，嚴重者會失穩(wěn)。此時，衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)方程具有強非線性項，同時參數(shù)還具有強時變性，這給控制器的設(shè)計帶來