多星发射上面级姿态变结构控制方法研究.pdf

《多星发射上面级姿态变结构控制方法研究.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、上海航天AEROSPACESHANGHAI2011年第2期文章编号：1006一1630(2011)02—0038—05多星发射上面级姿态变结构控制方法研究张凤宁，余薛浩，王鹏，王建清(上海航天控制工程研究所，上海200233)摘要：根据上面级飞行器存在强控制耦合和惯量耦合特性，基于上面级刚体姿态动力学简化模型，由变结构控制理论设计了上面级姿态控制律。采用趋近律减轻变结构控制引起的系统抖振。仿真结果表明：设计的控制律可自动适应强耦合对象特性，具强鲁棒性，使系统在有限时间收敛、精确跟踪。关键词：多星发射上面级；姿态控制；变结构控制；趋近律中图分类号：V448．2文献标志码：AStudyonVari

2、ableStructureControlofTop—LeVelwithMulti—SatelliteZHANGFeng—ning，YUXurhao，WANGPeng，WANGJian—qing(ShanghaiAerospaceControlEngineeringInstitute，Shanghai200233，China)Abstract：Accordingtothecharacteristicsoftheexistenceofstrongcontrolcouplingandinertiacouplingoftop—levelspacecraft，theattitudecontrol1awo

3、ftop—levelwasdesignedusingvariablestructurecontroltheorybasedonthesimplifiedmodelofattitudedynamicsofrigidbodyinthispaper．Thebuffetingcausedbyvariablestructurecontrolwasreducedbythereachinglaw．Thesimulationresultsshowedthatthedesignedcontrollawcouldautomaticallyadapttotheobjectpropertiesofstrongcoup

4、lingwithstrongrobustness，andthesystemwasconvergenceandprecisetrackinginthe1imitedtime．Keywo兀ls：Top-levelwithmulti—satellite；Attitudecontrol；Variablestructurecontrol；ReachinglawO引言多星发射上面级多颗卫星并联布置，逐次分离，分离后包含主动段、滑行段、调姿段和分离后效段。上面级存在控制耦合和惯量耦合。传统设计采用比例积分微分(PID)控制律，通过忽略飞行器各通道间耦合，强制解耦成俯仰、偏航和滚动3个通道，分别对各通道进行控

5、制系统设计[1]。该设计方法的优点是简单，缺点是由于上面级的3通道间存在强耦合，通过加入补偿去耦会出现较大的误差，强制解耦后设计的控制器存在理论缺陷[2]。变结构控制方法能自动适应强耦合的对象特性，具对内部和外部不确定性的强鲁棒性，易满足系统的瞬态响应指标，算法简单可靠、设计过程简单，特别适于上面级姿态控制系统此类有强耦合、变系数特点的对象[3]。但不收稿日期：2009一04—07；修回日期：2009一04—23作者简介：张凤宁(1982一)，男，硕士，主要研究方向为运载火箭姿态控制技术。连续的非线性变结构控制律会产生抖振，可采用准滑动模态和趋近律等方法有效减轻变结构抖振。为此，本文采用变结构

6、方法对多星发射上面姿态控制进行了研究。1数学模型上面级主动段刚体姿态动力学简化模型可表示为fj；+d3Ky+口12△如+口13△&=O；．．一．{△驴+63≯△如+口2lKy+口23△岛=Mp，；(1)一【△≯+63f△∞+n。·K，+口sz△也=Mp。．式中：9，妒，y分别为俯仰角、偏航角和滚动角；△&，△瓯分别为俯仰和偏航等效摆角；K，为开关工作状态，取一1，0，1时分别表示姿控喷管负开、关闭和正开；d。，6。≯，6。，分别为主动段滚动、偏航和俯仰控制力矩系数；口。为主动段运动方程耦合系数；Mp，，Mp：分别为主发动机结构偏差干扰力矩系2011年第2期张凤宁，等：多星发射上面级姿态变结构控

7、制方法研究数；△妒，△妒分别为驴，9的偏差。此处：i一1，2，3；歹=1，2，3。俯仰和偏航通道的执行结构为摇摆发动机，模型可表示为X(。2习毫掣瓦了·(2)式中：导，叫。分别为发动机模型的阻尼和频率；s为拉氏算子；X(s)为伺服机构。摇摆发动机存在常值偏差O．2。，发动机摆动角速度≤20(。)／s。滚动通道的执行机构为姿控喷管，纯延迟为0．02s，最短间隔时间30ms。2控制耦合分析由上面级主动