挠性航天器姿态跟踪控制器设计

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zouyuefu
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近年来,为满足日益复杂的任务要求,航天器也变得更加复杂。其中,众多研究围绕挠性航天器的姿态跟踪问题展开,其在航天器编队、交会对接、太空垃圾清理等场景下应用广泛。在轨运行期间,由于航天器将不可避免地受到各种外部干扰(如重力梯度力矩,太阳风力矩等)的作用,传感器出现故障等情况,因此对挠性航天器进行姿态跟踪控制时必须考虑这些因素对系统的不利影响。本文考虑存在外部有界干扰和无角速度测量情况下的挠性航天器姿态跟踪控制问题,主要研究内容包括:
  根据挠性航天器四元数运动学和动力学模型,结合旋转矩阵建立目标坐标系和本体航天器的联系,将姿态跟踪问题转化为误差系统稳定问题。在此基础上设计状态反馈控制器,并通过Lyapunov方法分析该闭环系统的稳定性。通过数值算例仿真,表明在该控制律的作用下,航天器能够完成姿态跟踪控制任务,该闭环系统的姿态曲线平滑,无超调量,验证该控制器的有效性。
  由于航天器姿态跟踪过程不可避免地存在外部干扰,基于相关假设建立未知干扰的数学模型,同时提出了对于该类干扰的一种基于角速度的观测器,并设计基于此观测器的状态反馈控制器。对比仿真结果表明在相同的条件下,本文中所设计的控制器在收敛时间、超调量等指标上有一定优势,观测器得到的估计值能逼近真实干扰,且该控制器对于周期性的有界干扰有一定的抑制作用,说明控制算法的有效性。最后考虑无角速度测量的受扰挠性航天器姿态跟踪问题,用姿态信息代替未知角速度,并引入无源性滤波器。基于此滤波器设计姿态跟踪控制器,并结合Lyapunov证明了闭环系统稳定性,数值仿真结果表明该控制器的有效性。
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