基于gauss伪谱法的欠驱动航天器姿态优化控制

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1、基于Gauss伪谱法的欠驱动航天器姿态优化控制易中贵戈新生北京信息科技大学机电工程学院北京信息科技大学理学院摘要：现代航天器一般可以通过三正交反作用动量飞轮对其进行姿态机动控制并任意定位•研究了当其中某一个动量飞轮失效而不能输岀完整三轴控制力矩时的欠驱动航天器姿态优化控制问题•在系统动量矩等于零时，其姿态控制问题可以转化为无漂移系统的非完整运动规划问题•采用Gauss伪谱法(GPM)将带有两个反作用动量飞轮的航天器姿态非完整运动规划问题转换为非线性规划问题(NLP),再通过SQP(sequentialquadraticprogramming)算法求解.

2、通过数值仿真、优化控制能达到设计的零边界控制要求，方便伺服电机对动量飞轮的控制;规划得到的姿态曲线与数值积分得到的曲线几乎完全重叠;权衡最终的优化目标值、运行时间和精度三因素找到合适的插值配点个数;结果表明了该方法对欠驱动航天器的姿态优化控制是有效的.关键词：欠驱动航天器;Gauss伪谱法；姿态优化控制;非完整运动规划;非线性规划;作者简介：易中贵(1989—),男，硕士生(E-mai1:yhcqmg@sirm.com);作者简介：戈新生(1957—),男，教授，博士(通讯作者.E-mail:gebim@vip.sina・com)・收稿日期：2017-

3、01-10基金:国家自然科学基金(11472058)OptimalAttitudeControlofUnderactuatedSpacecraftsWiththeGaussPseudospectralMethodYIZhong-guiGEXin-shengSchoolofMechanicalandElectricalEngineering,BeijingInformationScience&TechnologyUniversity;SchoolofAppliedScience,BeijingInformationScience&TechnologyUn

4、iversity;Abstract：Theattitudeandorientationofmodernspacecraftsgenerallycanbecontrolledby3orthogonalreactionmomentumwheels.Theattitudecontrolofunderactuatedspacecraftswithonly2momentumwheelsandfailedoutofcompletc3-axiscontrollingtorques,wasinvestigated.Thecontrolproblemwasconvert

5、edtoanonholonomicmotionplanningproblemofadrift-freesystemwithzeroangularmomentum.Theattitudemotionplanningproblemofaspacecraftwith2momentumwheelswasconvertedtoanonlinearprogrammingproblem(NLP)withtheGausspseudospectralmethod,andthensolvedwiththeSQPalgorithm.Throughnumericalsimul

6、ationtheoptimalcontrolmetthedesignrequirementsofzeroboundaries,sothewheelscanbecontrolledeasilybyservomotors;theplannedattitudecurveswerealmostidenticaltothenumericallyintegratedsolutions;thenumberofsuitablecollocationpointswasfoundthroughbalancingamong3factors:thetargetfunction

7、value，therunningtimeandthesolutionerror.Theresultsshowthattheproposedmethodiseffectivefortheoptimalattitudecontrolofunderactuatedspacecrafts.Keyword：underactuatedspacecraft;Gausspseudospectralmethod;optimalattitudecontrol;nonholonomicmotionplanning;nonlinearprogramming;Received：

8、2017-01-10引言姿态控制分系统作为航天器的重要分系统之一，在近几年的研究中取得了巨大的