偏置动量轮控卫星姿态控制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2007年11月控制工程Nov．2007第14卷第6期ContmlEngineeringofChinaVo1．14，No．6文章编号：1671-7848(2007)06—0569—03偏置动量轮控卫星姿态控制吕建婷，马广富，宋斌(哈尔滨工业大学控制科学与工程系，黑龙江哈尔滨150001)摘要：研究了轮控的三轴稳定的偏置动量卫星姿态控制问题。卫星的俯仰回路采用偏置动量轮，滚动／偏航轴上各安装一个反作用飞轮来完成姿态控制。小姿态角下俯仰回路可以单独设计，利用测量的俯仰角来

2、实现其姿态控制；滚动／偏航回路利用滚动信息，采用基于偏航观测器的滑模控制器设计。磁力矩器提供的磁矩与地磁场作用产生的力矩实现了飞轮的动量卸载。对卫星姿态控制系统进行的仿真研究结果表明，所设计的控制方案在飞轮输出力矩工作范围内，可使卫星达到很高的姿态控制精度。关键词：姿态控制；偏置动量；偏航观测器；滑模控制中图分类号：V448、2文献标识码：AAttitudeControlforMomentumBiasedSatelliteswithWheelsLVJian-ting，MAGuang-fu，SONGBin(Depar

3、tmentofControlScienceandEngineering，HarbinUniversityof"Technology，Harbin150001，China)Abstract：Thepm~emsofthecontrollerdesignforathreeaxisstabilizedmomentum—biasedsatellitewithwheelsarestudied．Thepitch-loopcontrolisachievedbyabiasedmomentumwhee1．Theroll／yawlopc

4、ontrolisachievedthroughtworeactionwheelsequippedalongtheprinci—palaxes．Thepitchcontrolisattainedbythemeasurementofthepitchangle．Theroll／yawlopdesigniscomposedoftwopartsofaslidingmodecontrollerbasedonyawobserverandawheeldecouplingfunction．Magnetictorquerodsgene

5、ratemagneticdipolemomen~whoseinterae—tionwiththeEarth’Smagneticfieldcouldproducethemagnetictorquesnecessarytoremovetheexcessmomentumofwheels．Numericalsimula—tionresultshowsthatthecontrolschemecouldachievehighpointingaccuracywithintheoperatingrangeofwheeltorque

6、s．Keywords：attitudecontrol；biasmomentum；yawobserver；slidingmodecontrol1引言g=l控制系统设计中'。2卫星模型姿态控制系统是卫星控制中重要的子系统，该系统的设计是卫星能否准确地按给定姿态运行的关在3．1．2旋转顺序下，卫星的运动学方程为键。近年来偏置动量控制的姿态控制方案被广泛采l∞l『~COS0一e0ssin]用¨。；同时，为满足高精度的要求，许多工程设∞=lI=l0+kV'sinq~I—计人员采用飞轮作为卫星的执行机构J。L∞：_jLe0se

7、0s+sin0-l由于偏置动量卫星可以不用偏航敏感器，仅根『∞sinsin0sinq~c0s]据滚动和俯仰姿态信息，就能实现三轴稳定。本文∞ole0se0sI(1)在三轴轮控的前提下，提出了一种基于偏航观测器sin0sin一e。s0sine。sJ的姿态控制方案。其中，俯仰回路采用偏置动量控式中，∞，∞，∞为本体坐标系相对地心惯性坐标制，偏置动量轮安装在俯仰轴负方向，通过PID控系的旋转角速度在本体坐标系上的投影分量；，制设计出偏置动量轮的控制规律j。滚动／偏航回，分别为滚动、俯仰和偏航姿态角；O)0为轨道路采用滑动

8、模态变结构控制，其控制命令用测量的角速度。滚动角信息及其观测出的偏航角来构造。滑模变结由动量矩定理可得卫星动力学方程为构控制具有不依赖于外部扰动和内部参数变动的优-D+∞×(D+h)=一h+T(2)点，主要思想是设计适当的切换函数和变结构控制式中，，为卫星惯量矩阵；T为除飞轮外的控制力规律，保证系统在有限时间内到达切换流形，进而矩和对飞轮进行卸载的卸载力矩以