柔性太陽(yáng)帆航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)建模與控制技術(shù)研究.pdf

1、由于人類對(duì)外太空的探索范圍不斷擴(kuò)大，具有常規(guī)的航天器已經(jīng)很難滿足深空探測(cè)任務(wù)的需求。新型的太陽(yáng)帆航天器成為當(dāng)下深空探測(cè)技術(shù)研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。太陽(yáng)帆軌道推力的大小和方向隨著姿態(tài)的改變而變化，因此，太陽(yáng)帆的姿態(tài)控制技術(shù)是保證其能夠完成探測(cè)任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。太陽(yáng)帆具有柔性大、慣量大的特點(diǎn)，利用傳統(tǒng)的姿控方法對(duì)太陽(yáng)帆進(jìn)行姿態(tài)控制將不能滿足任務(wù)需求，需要引入新的姿控方法對(duì)太陽(yáng)帆航天器進(jìn)行控制。在這種背景下，本文對(duì)帶有萬(wàn)向節(jié)的太陽(yáng)帆的動(dòng)力學(xué)建模和姿

2、態(tài)控制技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，本文研究的主要內(nèi)容主要包含以下幾個(gè)方面：
　　首先，定義了太陽(yáng)帆的姿態(tài)角，應(yīng)用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系推導(dǎo)了姿態(tài)角、軌道參數(shù)與姿態(tài)四元數(shù)的關(guān)系。采用混合坐標(biāo)法和虛功率原理建立方形柔性太陽(yáng)帆系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。引入萬(wàn)向節(jié)相對(duì)角速度，消除控制桿相對(duì)角速度的三個(gè)分量非獨(dú)立影響，應(yīng)用虛功率原理推導(dǎo)出控制桿的動(dòng)力學(xué)方程。應(yīng)用模態(tài)分析法，對(duì)推導(dǎo)出的太陽(yáng)帆帆面的振動(dòng)方程實(shí)施正則化。
　　其次，針對(duì)太陽(yáng)帆系統(tǒng)的姿態(tài)控制問(wèn)題，本

3、文設(shè)計(jì)了兩種不同的魯棒控制器：第一種基于包含參數(shù)不確定和建模確定性的太陽(yáng)帆動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)了狀態(tài)反饋控制律，第二種是基于多胞LPV模型設(shè)計(jì)了狀態(tài)反饋控制律，在LPV系統(tǒng)二次穩(wěn)定理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于狀態(tài)反饋的魯棒控制器，并把該控制律存在的約束條件由滿足參數(shù)依賴的LMI約束轉(zhuǎn)化為定常線性矩陣不等式約束。
　　最后，為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)控制器的控制器有效性除了搭建了基于上述兩種控制器以及基于PD控制器的仿真平臺(tái)，仿真結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的兩種