基于内模原理的复杂挠性卫星姿态控制研究-论文.pdf

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1、Vo1．35N0第35卷第3期宇航学报．32014年3月JournalofAstronauticsMarch2014基于内模原理的复杂挠性卫星姿态控制研究陆栋宁，刘一武(1．北京控制工程研究所，北京100190；2．空间智能控制技术重点实验室，北京100190)摘要：首先对具有运动挠性附件的航天器的姿态动力学模型进行了简要讨论和分析，证明了对于受步进扰动的复杂挠性卫星系统，采用输出反馈PD控制仅能得到一致有界稳定的结论。为了获得闭环系统的渐近稳定性能，进一步构造了具有内模补偿的PD控制系统，并且根据Lyapunov理论给出了严格证明。基

2、于美国GOES一8号静止轨道气象卫星公布的动力学参数，对PD控制及含有内模补偿的PD控制两类控制器进行了仿真对比，以校验所设计控制系统的有效性。最后，进行了总结并提出进一步的研究设想。关键词：对日定向太阳帆板；内模原理；挠性卫星；姿态控制中图分类号：V448．22文献标识码：A文章编号：1000—1328(2014)03-0306-09DoI：10．3873／j．issn．1000—1328．2014．03．009ResearchonInternalModelPrincipleBasedAttitudeControlforComplex

3、FlexibleSatellitesLUDong．ning’_．LIUYi．WH(1．BeijingInstituteofControlEngineering，Beijing100190，China；2．ScienceandTechnologyonSpaceIntelligentControlLaboratory，Beijing100190，China)Abstract：Fromanattitudecontrolpointofview，spaeecraftswithmovingflexibleappendagesaremuchmorec

4、omplexthanthosewithfixedones．Focusingonthissortofcomplexspacecraft，theattitudedynamicsmodelisdiscussedandanalyzedbrieflyinthispaper，andthentheuni~rmboundedstabilityoftheoutput—feedback—basedPDcontrolsystemisprovedtheoretically．Inordertoguaranteetheasymptoticstabilityofth

5、esystem，aninternalmodel—basedcontrolsystemisconstructed，andthenthestabilityproofisgivenbasedonLyapunovtheory．WiththemodelparameterspublishedbytheAmericangeostationarymeteorologicalsatelliteGOES一8，thetwokindsofcontrollersaresimulatedandcomparedwitheachother．Thispaperdraws

6、theconcludingremarksandproposesapossibleresearchtopicintheend．Keywords：Sun—trackingsolararray；Internalmodelprinciple；Flexiblesatellite；Attitudecontrol(1)帆板运动改变了系统的结构特性，系统各参数0引言随着帆板转动发生持续变化，其中系统模态频率变太阳能是目前在轨航天器最主要，也是最廉价化量达到10％，系统转动惯量阵变化量可达±25％的能量来源。为了满足星上载荷日益增长的电能需(取决于附件的

7、大小)，同时附件与本体之间的耦合求，越来越多的航天器装备了太阳帆板驱动机构系数阵也会周期性变化。并且，由于帆板的旋转运(theSolarArrayDriveAssembly)以驱动帆板保持对动，卫星滚动、偏航两轴模态将相互影响，相互传递。日定向，确保帆板上的太阳能电池阵输出功率最大这些问题都是附件固定的卫星系统一般不会出现化(见图1)。然而，太阳帆板的定向运动给卫星姿的。(2)由于目前帆板系统大多采用步进电机作为态动力学带来了显著的影响，这主要包括两个方面：驱动元件，其驱动力矩含有大量谐波成分，除了对卫收稿日期：2013-04-09；修

8、回日期：2013-07．16基金项目：国家自然科学基金(10872028)第3期陆栋宁等：基于内模原理的复杂挠性卫星姿态控制研究307星姿态稳定性产生直接影响外，对帆板挠性模态的角下具备优良的姿态控制能力。