基于二阶滑模控制的飞行器姿态控制器

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1、第31卷第7期计算机仿真2014年7月文章编号：1006—9348(2014)07-0085—05基于二阶滑模控制的飞行器姿态控制器张瑶1，郝燕玲1。曾添一2(1．哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001；2．哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：滑模变结构理论因其无需被控对象准确数学模型、抗干扰性强等特点被广泛应用于飞行器姿态控制系统中，但其最大的缺点为控制过程中产生的抖振现象。将飞行器姿态的数学模型分解为三个独立通道。分别设计了三通道的二阶滑模到达条件，并在此基础上设计了三通道控制器

2、。经理论证明，所设计的到达条件具有稳定性及鲁棒性。经仿真验证，所设计的控制器对抖振现象有较强抑制作用，姿态跟踪过程平滑且快速，无超调量。此外，在系统存在外加干扰时，控制器仍能保持良好的控制效果。关键词：二阶滑模；飞行器姿态控制；姿态模型分解中图分类号：TP391．9文献标识码：BDoublePowerReachingLawofSMCforDiscreteSystemBasedonNeuralNetworkZHANGYa01，HAOYan-lin91，ZENGTian-yi2(1．CollegeofAutomatio

3、n，HarbinEngineeringUniversity，HarbinHeilongjiang150001，China；2．SchoolofAstronautics，HarbinInstituteoftechnology，HarbinHeilongjiang150001，China)ABSTRACT：Inthispaper，thespacecraftmotionwasdecomposedintothree-channelsubsystems，thesecond-orderreachingconditionwasp

4、roposed，andthecontrollerwasdesignedbasedonthereachingconditions．Thereachingcon—ditionsproposedinthispapewereprovedtobestableandrobust．Simulationresultsconfirmthatthecontrollercallrestrainchatteringevidently，andmakesystemtrackonthecommandsignalquicklyandsmoothl

5、y，andwithoutover-shoot．Furthermore，thecontrollerhasbetterperformancewheninterferenceexists．KEYWORDS：Second-orderslidingmode；Spacecraftattitudecontrol；Attitudemodelsubsystems1引言飞行器姿态控制系统因存在大气参数摄动、各通道间耦合作用及外界干扰而成为多变量、具有时滞不确定性的非线性系统，其滑模变结构控制器的设计是飞行器控制中的一个难题【loJ。传

6、统的滑模变结构控制方法大多存在系统抖振，针对飞行器姿态系统的相关抑制抖振研究也得到了重视。文献[3]结合自适应快速趋近律设计了可以有效抑制抖振的变结构终端制导律"J，但其没有考虑飞行器三通道间的耦合影响；文献[4]针对不确定性飞行系统设计了末角约束律并具有抑制抖振的效果HJ，但其仅可用于被控对象为一阶系统的情况，对于二阶以及高阶系统并无明显作用效果。因此，为满足高阶系统的控制需求，二阶滑模变结构控制器的研究基金项目：国家自然科学基金(51379049)；中央高校基本科研业务专项资金资助(HEUCFll0419)；黑

7、龙江省留学归国人员科学基金(LC2013C21)收稿13期：2014—03—17是有必要的。针对二阶滑模变结构控制器的研究在近年也取得了长足发展。文献[5]设计了用于导弹导航的二阶滑模控制器。并证明其具有较强的鲁棒性”1；文献[6]针对飞行器姿态控制中的抖振问题设计了一二阶滑模控制器，并验证了其抑制抖振的良好效果M1；文献[7]提出了一种可以实现飞行器快速机动的二阶滑模控制器，并证明其具有较强的抗干扰能力‘71。以上文献均证明了二阶滑模控制器在不确定性系统的抖振抑制方面的优越性，但是上述文献中设计的滑模控制器理论复

8、杂性较强，工程上实现难度较大。本文提出了一种新的二阶滑模控制方法，并将飞行器姿态数学模型分为独立的三个通道，充分考虑通道间的耦合作用，并通过理论与仿真证明了设计的有效性与优越性，不仅具有理论研究意义，而且对工程应用有较高参考价值。一85—2飞行器姿态数学模型与分解2．1飞行器姿态数学模型将飞行器考虑为多刚体系统，其姿态数学模型采用文献[8]中所述形式‘引：I