基于直接自适应控制的挠性航天器高精度姿态控制

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1、万方数据Oct．201lV01．29。NO5航天控制AerospaceControl基于直接自适应控制的挠性航天器高精度姿态控制■1崔美瑜徐世杰北京航空航天大学宇航学院，北京100191摘要研究了挠性航天嚣高精度姿态控制问题。考虑被控对象的非线性、外部干扰以及挠性结构和惯量参数不确定性，设计了直接自适应姿态控制律。通过对经典直接自适应控制中参敷自适应律的改进，进一步提高了姿态控制系统性能。该控制系统不仅考虑了挠性结构和惯量参数不确定性，同时考虑了系统非线性特性及外部干扰，且参考模型阶数小于实际被控对象阶敷，控制系统结构简单。仿真结果验证了其有效性。关键词挠性航天嚣；不确定性；姿态

2、控制；自适应控制；高精度中图分类号：V448．2文献标识码：A文章编号：1006．3242(201I)05Ⅲ035-05TheFlexibleSpacecraftHighPrecisionAttitudeControlBasedonaDirectAdaptiveControlAlgorithmCUIMeiyuXUShijieSchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，ChinaAbstractThe∥exiblespacecraftdirectadaptiveco

3、ntrolsptemisstudiedinthispaper．Byconsideringthenonlinearity，thedisturbanceandtheuncertaintiesof月exiblestructuresandinertiamoment，adirectadap·givecontrollawthatontrrequirestheattitudeanglemeasurementisdes培ned．Theparameteradaptivelawinclassicaldirectedadaptivecontrolisimproved，whichcontributest

4、Otheprecisionofattitudecontrolell-hanced．Theo耐Brofreferencemodelislessthanthatoftherealsystem．thereforethestructureofthecontrolsystemissimper．Thesimulationresultsvalidatetheeffectivenessoftheproposeddirectadaptivecontrolal-gorithm．KeywordsFlexiblespacecraft；Uncertainty；Attitudecontrol；Adaptiv

5、econtrol；Highprecision航天器上通常带有太阳帆板、天线等大型挠性附件。对这类航天器，控制系统设计过程中通常需要考虑其挠性特征。然而引入挠性动力学后，常常会导致系统模型阶数过高．使控制器的实现成为难题。因此如何在低阶模型的基础上设计控制系统，并有效抑制振动从而保证高精度姿态控制就变得十分重要。另外，由于各种原因导致了航天器质量分布的变化，使设计者事先无法准确获得航天器的转动惯量参数，因此，有必要在挠性航天器的姿态控制系统设计时，同时考虑转动惯量未知、存在外部干扰以及系统具有非线性项的情况。传统的模型参考自适应控制中”。】。需要参考模型的状态维数与被控对象维数相同

6、，但对于挠性航天器，由于挠性振动理论上为无穷维的，因此传统收稿日期：201I-09-09作者简介：一羹瑜(1983一)．女．辽宁义县人．博士研究生．主要研究方向为航天器姿态控制；馀世杰(1951一)．男．吉林永吉人．教授．主要研究方向为航天器动力学与控制。万方数据·36·航天控制的模型参考自适应控制并不适用。直接自适应控制中，则不需要参考模型与被控对象维数相同，且由于其算法设计简单方便，广泛应用于工业、电力、航空和机器人等控制系统14。81，为解决挠性航天器姿态控制问题提供了有效途径。文献[4]提出了一种基于直接自适应控制的鲁棒飞行控制系统设计方法，根据任务要求选择参考模型以实现

7、良好跟踪，同时采用对误差的积分以加强控制系统的鲁棒性，并证明了系统的渐近稳定性。文献[8]针对被控对象存在干扰和非线性的情况，设计了直接自适应控制律。其中所设计的自适应律为积分型，但只给出了仿真算例，对于其在挠性航天器中的应用并没有进一步讨论。本文考虑了挠性航天器具有参数不确定性、外部干扰和非线性项，设计了比例一积分型直接自适应姿态控制律。其中，控制律的参数不依赖于航天器参数，同时考虑了外部干扰和非线性项，并给出了稳定性证明。挠性航天器动力学方程本文考虑挠性航天器南中心刚体加挠性