衛(wèi)星姿控系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)與遞推控制方法研究.pdf

1、針對(duì)長(zhǎng)壽命衛(wèi)星，陀螺使用壽命可能會(huì)短于衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命。為了滿足衛(wèi)星長(zhǎng)壽命的需要減少衛(wèi)星對(duì)陀螺的依賴，有必要設(shè)計(jì)僅僅依靠星敏感器定姿的衛(wèi)星控制系統(tǒng)。然而僅僅依靠星敏感器定姿的時(shí)，存在星敏感器短時(shí)間失效問題，為了解決這一問題，本課題充分利用衛(wèi)星在軌運(yùn)動(dòng)為周期運(yùn)動(dòng)的特性，提出短時(shí)間無測(cè)量信息的衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)遞推控制方法。本文主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　將僅僅利用星敏感器測(cè)量姿態(tài)的衛(wèi)星作為研究對(duì)象，利用預(yù)測(cè)濾波算法與擴(kuò)展卡爾曼濾波算法來對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)

2、角和姿態(tài)角速度進(jìn)行估計(jì)。預(yù)測(cè)濾波算法結(jié)合了卡爾曼濾波和最小模型估計(jì)器的優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)πl(wèi)星的姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，擴(kuò)展卡爾曼濾波算法可直接解決非線性估計(jì)問題。通過預(yù)測(cè)濾波算法與擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的對(duì)比，挑選出一種針對(duì)基于星敏感器姿態(tài)角速度估計(jì)問題更有優(yōu)勢(shì)的方案。作為衛(wèi)星在軌辨識(shí)的基礎(chǔ)，采用遞推的最小二乘法與基于角動(dòng)量守恒的最小二乘法對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行在軌標(biāo)定。
　　針對(duì)衛(wèi)星上有效載荷產(chǎn)生的大干擾力矩，采用偏差分離估計(jì)算法進(jìn)行估計(jì)。在衛(wèi)星姿態(tài)

3、動(dòng)力學(xué)模型中，將干擾力矩作為參數(shù)偏差建模直接對(duì)衛(wèi)星的干擾力矩的大小進(jìn)行估計(jì)。偏差分離估計(jì)算法能夠克服增廣狀態(tài)卡爾曼濾波計(jì)算量大的缺點(diǎn)，并且可以避免由于狀態(tài)維數(shù)較高時(shí)所帶來的數(shù)值病態(tài)問題。
　　對(duì)姿態(tài)控制精度較高的衛(wèi)星而言，當(dāng)姿態(tài)控制系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，受衛(wèi)星角度和角速度測(cè)量精度的影響更為明顯，衛(wèi)星執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩中噪聲幅值可能比干擾力矩幅值還要大，通過傳統(tǒng)的濾波算法不能夠?qū)⒏蓴_力矩從噪聲中分離出來。為了解決這一問題，充分利用衛(wèi)星環(huán)境力矩頻

4、率特別小的特性，設(shè)計(jì)一種基于未知輸入觀測(cè)器與傅里葉變換去除噪聲的干擾力矩估計(jì)算法。這種方法與傳統(tǒng)的時(shí)延低通濾波器相比去噪聲效果更好，而且沒有時(shí)間延遲。
　　最后，對(duì)衛(wèi)星高精度遞推控制模型進(jìn)行推導(dǎo)，建立精度更高而又相對(duì)簡(jiǎn)單的衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)基于四階龍格庫塔積分算法與基于干擾力矩模型的姿態(tài)遞推控制算法，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星高精度姿態(tài)控制的同時(shí)利用有星敏感器時(shí)估計(jì)出來的干擾力矩信息，并且利用飛輪來抵消干擾力矩對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的影響，以減慢衛(wèi)星姿態(tài)發(fā)散