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挠性卫星姿态机动控制算法研究

吴炜平  
【摘要】:本文旨在研究具有快速机动能力的挠性卫星机动控制算法问题。针对采用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为执行机构的挠性卫星,对其大角度机动过程中的矢量规避问题及机动控制算法进行了研究。分别采用鲁棒伪逆方法和零运动操纵律对SGCMG加以控制。在姿态机动时,引入人工势场法思想,对其不期望路径进行规避,得到姿态机动的可实现路径。由于挠性卫星的系统复杂性,本文采用变结构控制用以增加系统的鲁棒性,并采用神经网络补偿器对系统不确定项进行逼近,使控制器能够更好的抵消挠性附件干扰。并且结合矢量规避问题对挠性卫星控制系统做了仿真验证,进一步说明算法的有效性。本文进行的研究工作主要有以下几方面: 首先,建立挠性卫星动力学模型,并对其合理简化后得到系统方程,并且针对模态方程构造模态观测器。 其次,对SGCMG鲁棒伪逆方法的参数进行改进,使得其在奇异位置以外有更高的控制精度。针对滚转轴和俯仰轴有较大控制力矩的任务要求,选取双平行构型控制力矩陀螺及飞轮组合的混合执行机构,设计零运动操纵律,能够更好的避免SGCMG进入奇异构型。 再次,对姿态机动路径中的障碍物矢量进行规避计算,对人工势场法的局部最小问题作了具体分析,并且对人工势场法提出改进,引入微分项,提高了矢量规避算法的性能。 最后,针对挠性卫星设计采用变结构控制器,利用其鲁棒性强、在滑模面上运动迅速的特点,并且针对挠性卫星附件振动与本体耦合存在相位差的特点,设计积分型滑模面对振动影响加以消除,同时为了更好的补偿不确定项,采用神经网络对系统的不确定项进行逼近,并在变结构控制器中引入补偿项。并且对未考虑矢量规避的机动和考虑矢量规避的机动问题分别进行仿真验证,结果说明了算法的有效性。


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