基于变参数模型的太阳帆板卫星姿态控制研究

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1、硕士学位论文基于变参数模型的太阳帆板卫星姿态控制研究RESEARCHONSATELLITEATTITUDECONTROLWITHSOLARARRAYBASEDONVARIABLEPARAMETERMODEL谭永光哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：618.52密级：公开硕士专业学位论文基于变参数模型的太阳帆板卫星姿态控制研究硕士研究生：谭永光导师：史小平教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C:

2、618.52DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSATELLITEATTITUDECONTROLWITHSOLARARRAYBASEDONVARIABLEPARAMETERMODELCandidate：TanYongguangSupervisor：Prof.ShiXiaopingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofAcademicSpecialty：ControlScienceandEngineeringAffiliation:SchoolofAstronauticsDa

3、teofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology：摘要摘要纵观现如今的航天技术飞速发展，不仅卫星有效载荷对能源的需求越来越大，而且卫星的姿态机动精度、稳定度、机动时间等都提出了更高的要求。所以，如何提高太阳能帆板能量的转化效率，如何处理好带挠性太阳帆板卫星姿态控制系统和挠性结构之间的耦合显得至关重要。在这种背景下，本文从多角度出发，对带太阳帆板挠性卫星的姿态稳定和驱动机构驱动帆板对日定向的控制问题进行了细致的研究。本文首先研究了挠性卫星动力学模型和帆板驱动机构模型

4、，并且考虑了帆板驱动和系统不确定性引起的干扰，建立了带挠性太阳帆板卫星的变参数模型。针对带太阳能帆板的挠性卫星姿态稳定的问题和太阳帆板对日定向过程中驱动机构平稳驱动帆板的问题，提出了一种基于输出反馈的PD控制方法，并证明了该控制律在李雅普诺夫意义下稳定。以GOES-8号静止轨道气象卫星为仿真研究对象，利用其公布的动力学参数，仿真表明：在PD控制作用下，帆板转速存在明显振荡，不能满足帆板平稳驱动的要求。然后，针对这一问题，本文又提出了一种复合控制的方法。卫星姿态稳定采用的是滑模变结构控制，以其对外部扰动和参数摄动引起的不确定性具有鲁棒性等优点来应对帆板驱动和系统不确定性引

5、起的干扰，并且还设计了步进电机自适应电流补偿控制器用来抵消帆板驱动机构摩擦力矩和谐波力矩影响。同样以GOES-8号卫星为仿真研究对象，进行了三组仿真对比，分别是姿态滑模变结构+驱动机构自适应；姿态PD+驱动机构自适应；姿态滑模变结构+驱动机构PD，验证了滑模变结构+驱动机构自适应控制系统的有效性，很明显地提高了卫星姿态控制的精度和稳定度，而且改善了驱动机构驱动帆板对日定向的精度。关键词：挠性太阳帆板；姿态稳定；驱动机构；PD控制；复合控制-I-AbstractAbstractWithspacemissionsmakevaried,notonlythesatellitep

6、ayloadsneedmoreandmoreenergy,butalsothedemandfortheattitudemaneuveraccuracy,stability,andmaneuveringtimeofthesatellitearehigherandhigher.Forthatreason,howtoimprovetheenergyconversionefficiencyofthesolarpanelandhowtodealwiththecouplingbetweentheattitudecontrolofthesatelliteandtheflexibles

7、tructureiscrucial.Underthisbackground,thispaperstudiesthecontrolproblemoftheattitudestabilityofthesatellitewiththesolarpanelandthesolararraydriveassemblydrivingsmoothlyintheprocessofsun-trackingcarefullyinmultipleperspectives.Firstly,thispaperstudyingthedynamicmodelofflex