考虑输入饱和与姿态角速度受限的航天器姿态抗退绕控制.pdf

《考虑输入饱和与姿态角速度受限的航天器姿态抗退绕控制.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、航空学报Apr．252015v01．36No．41259．1266ActaAeronautjcaetAstronauticaSinjcaISSN1000．6893CN11．1929／VhIlp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb延pbuaa．edu．cn考虑输入饱和与姿态角速度受限的航天器姿态抗退绕控制胡庆雷1’2一，李理11．哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨1500012．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191摘要：针对航天器姿态控制过程中同时存在输人饱和与姿态角速度受限的问题，提出了一种新型的姿态控制设计方法

2、。该方法在保证系统渐近稳定的前提下，能够显式地给出输入力矩和姿态角速度的最大幅值，并通过引入一个时变锐度参数来增强系统对外部干扰的抑制能力；在此基础上，进一步考虑了由于四元数的冗余性所导致的退绕问题，设计了一组新的姿态偏差函数和偏差向量，使得控制器在满足上述约束的同时还具有抗退绕的优点。仿真结果表明，所提算法能够同时满足输人饱和与姿态角速度受限的约束，并且在较大外部干扰的情况下表现出了很强的鲁棒性，同时成功地规避了退绕现象。该算法为存在多重约束的航天器姿态控制问题提供了一个新的思路和解决方案，具有很好的实际应用价值。关键词：航天器；姿态控制

3、；输入饱和；角速度受限；抗退绕中图分类号：V448．2文献标识码：A文章编号：looO一6893(2015)04—1259—08在太空科技快速发展的今天，人造卫星、空间站等航天器扮演着非常重要的角色，它们承担着许多民用以及军用的在轨实验任务，而这些任务的顺利完成必须依靠一个稳定且有效的航天器姿态控制子系统。但是，在实际的航天器姿态控制过程中，经常会面临着多种约束的工程设计问题。首先，航天器的执行机构不可能提供无限大的力矩，所以控制律的设计要满足执行机构输出力矩的限制，否则就会影响到系统的稳定性，即输入饱和问题。其次，空间拍照、对星探测等一些

4、在轨成像任务通常要求航天器的角速度满足一定界的约束，而且航天器的姿态角速度过大也会导致姿态敏感器失灵甚至损坏，所以航天器姿态角速度受限是第2个要考虑的实际问题。此外，在航天器姿态控制过程中，总是会存在一定的干扰力矩，它们会导致系统的控制精度变差，因此干扰抑制也显得尤为重要。由此，在面临着多种约束的情况下，航天器姿态控制的高精度和高稳定度要求对航天器控制系统的设计提出了新的挑战。针对航天器姿态控制过程中同时存在的输入饱和与姿态角速度受限的问题，wie等u1提出了一种基于饱和函数嵌套形式的控制器，在工程上很好地解决了输入饱和与姿态角速度受限的问

5、题，但缺乏相应的理论证明。BoskovicL20和wallsgrove[33等分别提出了基于修正的符号函数及双曲正切函数形式的控制器来处理输入饱和问收稿日期：2014．04．15；退修日期：2014—05—04；录用日期：2014—06·04；网络出版时间：2014-06—1810：54网络出版地址：www．cnkinet／kcms／detail／10．7527／S1000-6893．2014．0114htmI基金项目：国家自然科学基金(61004072，61174200，61273175)；教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-11-0

6、801)；黑龙江省杰出青年科学基金(oC2012C024)*通讯作者．Tel．：0451—86402726E-mail：huqingIeihit@gma¨．com戮焉格武

7、HuQL．LlL。AnlI．unwindingattlludecontro

8、olsDacecraftc∞sidefIngin。utsatumti∞anaan驯

9、arve

10、ocityconstraintLJj·ActaAeronaut

11、caetAslr。nau墩as{nica。2015．36(4)：1259．1266．胡庆雷，李理．考虑输入饱和与姿态角速度受眼的航天器姿态抗

12、退绕控制[JI．航空学报。2015．36(4)：1259—1266．航空学报ADr．252015VOI．36No．4譬≯’㈤相对于惯性系(i系)的姿态角速度矢量；H一[甜。“：甜。]1为航天器的控制力矩矢量，由连续型小推力器提供；d一[d，d：d。]7为航天器受到的干扰力矩矢量；q一[q0qj]7为航天器的本体系(b系)相对于惯性系(i系)的姿态四元数，其中，qo和口。一[q。g：q3]7分别为姿态四元数的标量和矢量部分。定义p=∞。J∞一[p，户：p。]7，∞。为∞的叉乘矩阵。对于任意一个向量口一[口l口2口3]1，其叉乘矩阵口。为『o～

13、。锄]口。一l口3o—n1(3)l一口：n，oJ已知被控系统的控制力矩和姿态角速度存在如下的约束条件：小!刘⋯(i一1，2，3)(4)【I(￡，i1≤n⋯式中：U。。为推力器的最