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《帆板转动时卫星姿态的非线性控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第22卷 第1期宇 航 学 报Vol122No112001年1月JOURNALOFASTRONAUTICSJan12001帆板转动时卫星姿态的非线性控制李英堂 费从宇(上海卫星工程研究所,上海200240)摘 要:当帆板转动时,卫星姿态因系统质量特性的改变和帆板驱动力矩的作用而发生扰动,本文采用一种具有鲁棒性的非线性控制方法,实现了高精度的卫星姿态控制。关键词:卫星;姿态控制;太阳帆板;非线性控制;鲁棒性中图分类号:V448122 文献标识码:A 文章编号:100021328(2001)012003120
2、6ANONLINEARAPPROACHOFSATELLITEATTITUDECONTROLASROTATINGSOLARARRAYWINGLiYingtangFeiCongyu(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering,Shanghai200240)Abstract:Asrotatingsolararraywingaboutasatellitebody,thecontrolperformanceofsatelliteattitudewillbedeterioratedby
3、theuncertaintyofsatelliteinertiaandthedisturbanceofsolararraywingdrivetorque.Inordertoimprovetheattitudecontrolaccuracy,arobustcontrollawofsatelliteattitudeisdevelopedbasedonakindofnonlinearcontrolmethod.ThestabilityofthecontrollawisassuredaccordingtotheLya
4、punovstabilitytheory.Arealsimulationexamplealsoverifiesthatthenonlinearcontrollawdesignedismoreeffectivethantraditionallinearcontrollaw.Keywords:Satellite;Attitudecontrol;Solararraywing;Nonlinearcontrol;Robust1 引言大型卫星往往带有大面积的太阳帆板,帆板常由电机驱动,以实现对日定向运动。电机的驱动力矩将
5、反作用于星体,使卫星姿态发生扰动。帆板转动还会引起卫星质量特性的改变,使系统惯量出现不确定性。这些因素都会影响卫星的姿态控制性能。[1][2]本文研究了在帆板定向运动时,一种非线性控制方法对卫星姿态控制性能的作用。通过分析和对某型卫星的仿真计算,表明这种非线性控制律在增强控制性能鲁棒性上的有效性,有利于实现高精度的卫星姿态控制。收稿日期:1999209224,修回日期:200020722732宇航学报第22卷2 系统描述卫星与坐标系如图1所示。图中A代表卫星本体,B为太阳帆板,C为帆板支杆,Oa为卫星质心,O
6、b为帆板质心。jjjjOa是轨道坐标系e1的坐标原点,e1z轴指向地心,e1x轴在轨道平面内与e1z轴垂直并指向卫星jjj速度方向,e1y轴与e1x轴和e1z轴一j起构成右手系。坐标系e2为星体固j连坐标系,在无姿态误差时,e2与je1完全重合,滚动角U、俯仰角H和jj偏航角W描述e2相对于e1的转动。j坐标系e3是帆板的固连坐标系,Objj为坐标原点,e3y轴与e2y轴指向相jj同,在初始状态下e3x轴与e2x轴平jjj行,e3z轴的指向由e3x轴和e3y轴按右手法则确定。图1 卫星与坐标系帆板对日定向运动
7、是以支杆为轴的转动,若用A表示转角,则有jje3=A32(A)e2(1)式中cosA0sinAA32(A)=010-sinA0cosATA32(A)为坐标转换矩阵,并有A23(A)=A32(A)。[3]假定帆板完全刚性,可将卫星动力学方程表示为bb[Ja+Jb0+A23(A)JbA32(A)]5(t)+A23(A)JbDA(t)=U(t)+Tda(A)-Ga(2)TbTbTTTDJbA32(A)5(t)+DJbDA(t)=DTc(t)+DTdb(A)-DGb(3)式中TT5(t)={UHW}D={010}jj
8、Ja 星体在e2下的惯量矩阵 Jb 帆板在e3下的惯量矩阵jJb0 帆板Ob点的等效集中质量在e2下的惯量矩阵U(t)卫星的姿态控制力矩 Ga(A)、Gb(A)轨道耦合力矩Tc(t)帆板的驱动力矩 Tda(A)、Tdb(A)外干扰力矩b由方程(3)解出A(t),并代入方程(2),可得卫星的姿态动力学方程b[J+$J(A)]5(t)=U(t)-H(A)Tc(A)-G(A)(4)式中T-
