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三轴稳定挠性卫星的PD及滑模变结构姿态控制方法研究

付艳兰  
【摘要】: 由于发射成本及运载能力的限制,现今卫星的结构系统多采用新型轻质材料。它们阻尼低、挠性大,受到外界干扰时易发生振动,从而影响卫星系统的稳定性和有效载荷的正常工作。本文以三轴稳定挠性卫星为被控对象,研究满足卫星姿态机动和稳定的控制方法。 论文在分析挠性卫星姿态动力学的基础上,建立了三轴稳定挠性卫星姿态控制系统的数学模型。针对挠性卫星姿态机动和稳定控制的要求,设计了以下两类姿态控制算法: (1)挠性卫星的PD反馈姿态控制律。针对控制力矩初始幅值太大的问题,提出了自适应PD反馈的改进方案;针对挠性帆板模态被激发带来的抖振现象,提出了考虑刚挠耦合结构参数的自适应PD反馈控制的改进算法。 (2)具有较强鲁棒性及抗干扰能力的挠性卫星滑模变结构姿态控制律。针对切换控制项中符号函数带来的抖振问题,提出了基于等效控制的模糊滑模变结构的改进方案;针对挠性帆板模态被激发带来的抖振现象,提出了基于输出反馈补偿的滑模变结构控制的改进算法。 最后,对提出的控制算法分别进行了数字仿真。仿真结果表明,改进的控制算法适用于刚挠强耦合的挠性卫星,并具有很好的鲁棒性。


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