欠驅(qū)動(dòng)航天器姿態(tài)穩(wěn)定性的若干非線性控制問題研究.pdf

1、航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，是航天器順利完成各種飛行任務(wù)的根本保證。欠驅(qū)動(dòng)航天器是指航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于故障或其它原因，只能輸出兩維甚至更少維的控制力矩。欠驅(qū)動(dòng)航天器是具有加速度不可積的二階非線性系統(tǒng)，不能通過常規(guī)的線性控制理論方法進(jìn)行控制。不同于常規(guī)航天器，欠驅(qū)動(dòng)航天器的姿態(tài)控制問題更復(fù)雜、難度更大。采用欠驅(qū)動(dòng)航天器的姿態(tài)控制策略，可降低航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的制造和運(yùn)行成本、提高其可靠性。另外，研究航天器欠驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下的可控

2、性也可以作為航天器正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障的一種應(yīng)急手段。同時(shí)，研究欠驅(qū)動(dòng)航天器這類具有特殊結(jié)構(gòu)的本質(zhì)非線性系統(tǒng)，可以為探索一般非線性系統(tǒng)的研究提供有益的借鑒。因此，開展欠驅(qū)動(dòng)航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法的研究，具有重要的理論價(jià)值和工程實(shí)際意義。
　　 本文研究欠驅(qū)動(dòng)航天器的姿態(tài)穩(wěn)定控制和可行性軌跡產(chǎn)生的分析與設(shè)計(jì)問題。首先給出用各種參數(shù)表示的航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并對各種方法做了簡單對比；接著推導(dǎo)航天器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程，并

3、給出幾種簡單的環(huán)境干擾模型；然后給出僅有兩維控制輸入的無擾動(dòng)欠驅(qū)動(dòng)航天器動(dòng)力學(xué)模型。基于上述模型設(shè)計(jì)了三種不同的控制方法，即時(shí)不變控制方法，時(shí)變控制方法和齊次控制方法，非連續(xù)的時(shí)不變控制律收斂速度慢，達(dá)到穩(wěn)定需要的時(shí)間比較長；時(shí)變控制律在平均系統(tǒng)的基礎(chǔ)上使欠驅(qū)動(dòng)航天器系統(tǒng)快速漸近穩(wěn)定，收斂時(shí)間比較短；欠驅(qū)動(dòng)航天器部分系統(tǒng)參數(shù)的向量場具有齊次性，利用齊次控制完成了欠驅(qū)動(dòng)航天器的部分姿態(tài)穩(wěn)定控制。另外，還利用微分平滑的方法設(shè)計(jì)了可行性軌跡的