深空繩系衛(wèi)星系統(tǒng)有限時(shí)間姿態(tài)控制方法研究.pdf

1、隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展，采用多體航天器編隊(duì)進(jìn)行深空探測(cè)是當(dāng)前空間技術(shù)發(fā)展的一種新趨勢(shì)。多體繩系衛(wèi)星系統(tǒng)作為航天器編隊(duì)中的一種特殊形式，具有控制精度高、響應(yīng)速度快以及節(jié)約燃料等優(yōu)點(diǎn)。因此本文以國(guó)家自然基金課題“深空環(huán)境下繩系衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)建模與控制研究”為研究背景，討論了深空受外界干擾和系統(tǒng)不確定性影響的多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)控制問(wèn)題。基于此，本文的主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下：
　　首先采用Euler-Lagrange方法建立多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)

2、星系統(tǒng)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型，然后依據(jù)模型簡(jiǎn)化理論對(duì)該模型進(jìn)行簡(jiǎn)化解耦，從而建立分布式多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程?；谠摲匠?，考慮系統(tǒng)受外界干擾和系統(tǒng)不確定性影響，首先研究基于自適應(yīng)非奇異終端滑模的多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)魯棒有限時(shí)間姿態(tài)控制問(wèn)題。為防止控制器出現(xiàn)奇異問(wèn)題并保證系統(tǒng)實(shí)際有限時(shí)間穩(wěn)定和快速響應(yīng)，選取經(jīng)典的非奇異終端滑模面。利用自適應(yīng)技術(shù)對(duì)外界干擾和系統(tǒng)不確定進(jìn)行粗略的估計(jì)和補(bǔ)償，加強(qiáng)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)的魯棒性。應(yīng)用該基于自適應(yīng)非奇異終

3、端滑模的有限時(shí)間姿態(tài)控制方案進(jìn)行數(shù)值仿真，驗(yàn)證了該控制方案的有效性。
　　接著深入研究基于干擾觀測(cè)器的快速非奇異終端滑模多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)控制問(wèn)題。為了讓控制器不會(huì)出現(xiàn)奇異現(xiàn)象，而且還可以加快系統(tǒng)狀態(tài)的收斂速度，控制方案采用修正的快速非奇異終端滑模面。同時(shí)，為了進(jìn)一步降低外界干擾和系統(tǒng)不確定性對(duì)系統(tǒng)的影響，并提高控制精度，設(shè)計(jì)干擾觀測(cè)器對(duì)外界干擾和系統(tǒng)不確定性進(jìn)行觀測(cè)?；贚yapunov方法證明了姿態(tài)控制系統(tǒng)能在有限時(shí)間內(nèi)

4、穩(wěn)定，滑模面在有限時(shí)間收斂到零的鄰域內(nèi)。數(shù)值仿真證明了所設(shè)計(jì)的第二種控制算法的有效性和優(yōu)越性。
　　最后為完成多體旋轉(zhuǎn)繩系衛(wèi)星系統(tǒng)姿態(tài)控制，設(shè)計(jì)基于干擾觀測(cè)器的自適應(yīng)有限時(shí)間輸出反饋控制器。相比終端滑?？刂破?，有限時(shí)間輸出反饋控制算法具有不存在奇異問(wèn)題，并且控制器表達(dá)形式更為簡(jiǎn)潔，通用性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。為使姿態(tài)控制器中可調(diào)參數(shù)不依賴(lài)于干擾觀測(cè)器的觀測(cè)性能，引入自適應(yīng)律對(duì)干擾觀測(cè)器的最終收斂鄰域進(jìn)行估計(jì)。根據(jù)Lyapunov方法和有限時(shí)