指数时变滑模控制大角度欧拉的刚体航天器姿态机动

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1、指数时变滑模控制人角度欧拉的刚体航犬器姿态机动摘耍一个具有全局鲁棒性的特征轴机动策略研究航天器大角度机动。滑动设计了一个指数的时变滑模面模式的姿态控制算法，保证了滑动模式发牛在开始和消除到达时间不变的滑模控制相。所提出的控制法对匹配的外部干扰和系统的不确定性是全局鲁棒，并确保在欧拉旋转干扰和参数不确定性的存在。该控制律的稳定性和全局滑模的存在通过Lyapunov方法证明了。此外，系统的状态对以通过状态方程的解析解完全预测，这表叨姿态误差不表现出任何过冲和系统具有良好的动态响应。一个控制转矩调节器是为确保

2、欧拉旋转执行机构饱和下。最后，数值模拟验证控制律的优点。关键词：姿态机动；非线性；欧拉轴旋转；转矩饱和；时变滑模控制1.介绍在过去的儿十年里刚性航犬器大角度姿态机动己经被广泛的研究⑴8］。来去除强非线性和耦合，运动通常是分解成一系列的单轴旋转［1］,,以牺牲反应迟缓;非线性控制理论应川于姿态机动参考文献［2］和机动时间非常节省使川多轴旋转而不是单一轴分解策略。多轴旋转屮，欧拉旋转的吸引力在于其宪法的最短路径的两个方向角［3-8］Z间。随着机动加速度的时间历程，率态度被预先计算为开放坏命令，欧拉轴旋转是通

3、过喷气［3］。然而，开坏方案航犬器参数敏感，外部十扰和初始姿态角速度。B.魏某，等人［4・6］研究。大角度姿态四元数反馈策略机动和姿态反馈调节器欧拉轴旋转是在参考文献［6］给出了在控制律中四元数的线性反馈误差和角速率，以及非线性前馈角速度取消耦合力矩。H.seywald,等人。［7］控制的动力学分析法律文献［6］提供理论依据欧拉旋转。s.o•华，等。［8］扩展Rest-to-Rest动移动特征的角速度的正交分解，并通过快速阻尼垂直于欧拉角速度，实现了拟欧拉轴旋转。此外，为了减少对依赖的惯性矩阵的知识，一

4、个独立的模型四元反馈特征轴机动控制律出J.劳顿，给定等［9-10］o然而，该参数的选择还取决于惯性矩阵信息，这可以被视为一个拟欧拉轴旋转控制策略。由丁•燃料消耗或负载的释放，航天器质量特性的变化往往导致的惯性矩阵的不确定性；此外，该航天器的空间扰动的影响是不可避免的机动过程中，共同呼吁的欧拉轴旋转控制的强鲁棒性算法。但值得强烈关注的是，鲁棒性旋转是不完全执行的特征［6］。考虑到干扰和不确定性的影响，上Ifii提到的通常的控制策略旋转偏离欧拉的航天器。全局鲁棒欧拉轴旋转的策略似乎没有以前被出版在开放文学。

5、滑模控制（SMC）是一种非线性鲁棒性控制方法，被广泛应用于当系统的状态和不确定性在滑动表面［11-13］滑动时航大器具对扰动的鲁棒性强度的姿态控制。S.R.vadali［11］研究了航天器姿态调节时，在滑动表面的合成问题，通过最小化平均平方数谋差和均方角速度使Z得到解决。T.A.W.徳怀尔，等人［42］给出了类似的结果，凯莱一罗徳里格斯作为姿态参数。J.L.crassidis［13］F展情况的姿态跟踪问题用修正的Rodrigues参数（MRPs）为态度表示。然而，鲁棒性强度SMC是只有在系统状态达到了滑

6、动而，和性是没有保证的在到达阶段。在这个过程屮到达阶段，系统还对参数敏感摄动和外部干扰，和所需的系统的动态行为所支配在滑动的滑动面方程在开始的一段时间后不能达到相运动。因此，时变滑模控制（TVSMC）是由一些学者提出了缩短或消除到达阶段［14］利用时变滑模面，而不是时间不变滑动而。滑动面穿过系统的初始状态开始时的运动和走向一个预定的时I'可不变的滑动在平移或旋转llllffio逐步的时变滑模面设计是由S.B.Choi,等人［14］,然而，由于滑动表面位移不连续，逐步变滑模控制不能够消除完全彻底，但只有缩

7、短。随示，A.bartoszewicz［15］捉出了-•种连续时变滑动一类二阶模式控制策略非线性单输入单输出（SISO）系统。通过添加常数项和一次项的时间不变的滑动面，滑动面翻译时无需旋转。作为系统状态被保持在滑动面在运动,达到相完全消除系统对外部配套的全局鲁棒扰动和参数不确定性。丫•问：金，等铝。［16］移滑动表血•的转动而不是一类二阶非线性多翻译一输入多输出（MIMO）系统,并应用TVSMC到刚体航犬器的姿态跟踪控制，然而，对产物的推导的选择作为滑动面参数是不可取的因为它的不可直接测量。基于安全态度

8、的一些有趣的运动学性质，一个指数的时变滑模面与角速率和MRPS滑动设计表面参数，和指数时变滑模控制律（etvsmc）提出了大角度姿态欧拉休息休息刚体航天器姿态机动，保证了全局鲁棒性对外部干扰和参数不确定性和欧拉旋转性能保证的同时。利用Lyapunov方法证明提出的控制律的稳定性和全局滑模的存在。全球滑动模式的特征是高度耦合的非线性系统的完全解耦和线性化。大多数明显地，当给定初始条件下，系统的行为可以完全预测。此外，由于物理限制控制饱和执行机