微纳卫星姿态机动的变论域模糊PID控制.pdf

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1、第38卷第3期2017年3月自动化仪表PROCESSAUTOMA7Ⅱ0NINSTRUMENT枷0NV01．38No．3Mar．2017微纳卫星姿态机动的变论域模糊PID控制张悦，林都，鲜浩，林云海(中北大学计算机与控制工程学院，山西太原030051)摘要：为了简化计算，满足实时处理的要求，建立了微纳卫星的姿态角动力学模型，并应用欧拉角参数描述运动学模型。针对微纳卫星系统的时变、环境外力矩干扰等因素，同时考虑到系统参数不确定性问题，设计了变论域模糊PID控制律的姿态控制器。不考虑解耦运算，分析了控制器的动

2、态变化参数对姿态稳定控制性能的影响。基于MA啊．AB／SIMuuNK对该系统进行了仿真验证。仿真结果表明，在卫星姿态控制方面，该控制方法具有稳定性好、响应快速、系统超调量小的特点，能够使微纳卫星完成对目标姿态的机动控制，实现对系统姿态的有效控制。关键词：模糊控制；PID控制；航天技术；微纳卫星；高斯分析；变论域；仿真中图分类号：TH7；．IP27文献标志码：ADOI：lO．16086／j．clll【i．issnlO∞一0380．201703001VariableUniVerseF眦zyPIDContro

3、lforAttitudeMa眦uverofN锄osatZHANGYue，LINDu，ⅪANHao，LlNYuI出ai(schoolofco瑚puterandcontmlEn舀neering，NonIIu面versityofChiIla，TaiyIlan03005l，chiM)Ak由国ct：lnordertosimpl证．ytllecalculationaIldsati啊tlIerequirementofreal—timeprocessiI蟮，theattitudeaIldedyllaIIlicsmode

4、lofn锄osatisestabli8hed，蚰dthekinematics舢delisdescribedbyusir培Euler戤蝎leparameters．AilIlingatmetimeVarying肌den访ro啪entextemaltorquedisturbaIlces，andconsideringtlleuncertaintyoft壬lesystemp盯眦eters，theattitudecontrollerofvaIiableu11iversefuzzyPIDcontrolhasbeend

5、esigned；witlloutconsideringmedeC0uplingcalculation-tlleinnuenceofmedynalllicV“ationp舢etersoftllecontmllerontllestablycontrolped’oⅡnanceofattitude．Thesimulationandve商cat主onofthesy8temarec删edoutbasedonMaⅡa1)／8imulink．Thesimulationresllltsver坶tllecon．ectlle

6、ss，inat【itudecontr{ol0ftllesatellite，tlliscontIDlme廿10dfeatllre8goodstability，f氛responseandsma：Uover8h00t；make8nan08atcompletetlletargetamtudemaneuver，andachievetlledfectivecontml0fthesystematicattitude．Keywords：Fuz巧control；PlDcon州；A肋瑚auticaltecIlnolo影；N

7、锄osat；Gaussiandist曲Injon；VaIiableuniverse；SiⅡIul撕onO引言随着航天技术的高速发展，卫星在现代通信、国防建设和科技研究等领域发挥着越来越重要的作用。微纳卫星以其质量轻、体积小、技术新、制造周期短等特点，在航天任务中得到了广泛的应用。微纳卫星控制的关键技术之一是姿态控制系统设计，国内外很多学者在这方面开展了大量研究，并取得了一系列成果¨。8一。因此，设计有效的控制策略以实现对微纳卫星的姿态控制，已成为航天领域广泛关注的热门课题。经典PID控制律具有稳定性好、

8、算法成熟、控制参数相互独立等优点，长久以来被认为是理想的控制策略。但是在实际应用中，卫星姿态系统的结构具有非线性、强耦合等特性。当系统内部结构或者外部环境发生变化时，PID控制律对于非线性、不确定的复杂系统难以达到理想的控制效果H“]。文献[6]应用非线性控制模块实现姿态参数的优化设计，文献[7]基于遗传算法实现算法参数调节。尽管以上方法可以达到控制目的，但是在一定程度上计算相对复杂，无法满足实时处理的要求。本文将模糊规则和PID调节相结合