复杂卫星快速机动时的姿态控制工程

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挠性多体卫星作为现代卫星的主流产品已经越来越被广泛应用于太空领域。由于这种卫星需要在太空中执行各种任务,因此会需要在空间中进行大角度快速机动,并在机动完成后快速进入稳态。同时基于卫星在轨时的姿态要求,在机动时的卫星需要维持很高的姿态精度,而此时的卫星模型一般都具有非线性、高耦合的特点。因此复杂卫星快速机动时需要一种控制精度高和鲁棒性强的控制器。  以中继星和太阳同步卫星为例:中继星在星体快速机动的同时,需要天线维持对目标的指向,在星体和天线同时快速机动时卫星刚挠耦合非常严重;太阳同步卫星在机动时需要维持非常高的姿态精度,同时其太阳帆板可能同时需要完成对日定向,卫星模型具有三轴耦合和参数时变的特点。面对这些被控对象,传统的控制器一般无法达到需要的控制目的。  基于特征模型的自适应控制器在卫星姿态控制问题上有优异的表现,本文通过对控制器的改进,使其能够进一步适用于卫星快速机动需求。通过将基于特征模型的黄金分割自适应控制器、逻辑微分控制器和逻辑积分控制器中的可调参数变为可调参数序列,使控制器能够在同一时段完成不同的控制目的,使其能够完成卫星的快速机动和快速稳定。中继星和太阳同步卫星的数学仿真验证了该控制器的有效性。  理论上完成了基于特征模型的黄金分割自适应控制多输入多输出闭环系统的稳定性证明。通过引入矩阵范数的方法证明了系统的指数稳定,同时为控制器中可调参数的选取提出了一种新思路。  最后总结了本文主要内容,提出了进一步研究的可能和依据。
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