卫星姿态控制性能优化仿真研究

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1、第33卷第5期计算机仿真2016年5月文章编号：1006—9348(2016)05—0063—07卫星姿态控制性能优化仿真研究李泰博，孟云鹤(国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073)摘要：在气浮式模拟平台的地面模拟卫星的位姿控制问题的研究中，为提高地面模拟卫星的位姿控制精度及收敛速度，解决超调和振荡等问题，通过对传统极限环形状的优化设计，提出了双极限环相对位姿控制算法。首先，建立了地面模拟卫星的位姿控制系统数学模型。然后，基于相平面最优控制，通过使相点收敛于原点将传统的极限环变为经过原点的

2、双极限环，并提出了采用双极限环的相平面控制策略，对相点的运动路径进行了理论分析，证明了控制算法的收敛性，得到了双极限环控制算法可以有效提高控制精度、减小超调的结论。最后开展数值仿真工作，通过对比双极限环控制方法和相平面最优控制方法的控制性能，验证了改进方法的有效性。关键词：地面卫星模拟器；相平面；最优控制；双极限环中圈分类号：V448．2文献标识码：BStudyonaDoubleLimitCycleBasedOptimalControlMethodLITai—bo．MENGYun—he(Collegeo

3、fAerospaceScienceandEngineering，NationalUmversit)rofDefenseTechnology，ChangshaHunan410073，China)ABSTRACT：Thepositionandattitudecontrolalgorithmsofagroundair-bearingsatellitesimulatorisstudied．Inor-dertoachieveabetterperformanceinaccuracy，convergenceratea

4、ndsolvetheproblemofovershootandosciUafion，adoublelimitcyclebasedcontrolmethodisproposedthroughoptimizingtheshapeoftraditionallimitcycle．Firstly，therelativemotionandattitudedynamicsmodelofthegroundsatellitesimulatorisestablished．Secondly，basedonthephasepl

5、aneoptimalcontrolmethod，thetraditionallimitcycleischangedintoadoublelimitcyclepassingthroughtheoriginpointbymakingthephasepointconvergetotheoriginpoint．Thenanewdoublelimitcyclebasedcontrolmethodisproposed．Afterward．thetrajectoriesofthephasepoint眦analyzed

6、theoretiealytoprovetheconvergenceofthismethod．Advancedconclustion，thedoublelimitcyclebasedoptimalcontrolmethodhasgoodperformanceinaccuracy，convergencerateanditCanalsoreducetheovershoot．Numericalsimulationresultsprovethatthenewcon·trolmethodiseffective．KE

7、YWORDS：Groundsatellitesimulator；Phaseplane；Optimalcontrol；Doublelimitcycle1引言进入新世纪，利用空间机器人的在轨服务技术成为热点研究领域。空间机器人在轨临近操作时需要精确控制姿态与相对运动，因此，研究相对位姿控制算法并开展地面试验研究具有重要意义。相平面方法是一种得到广泛应用的相对位姿控制方法。在载人飞船的姿态机动和姿态稳定问题上，文献[1]设计了一种相平面开关曲线和相应的姿态控制律，但未对控制律的控制性能进行分析。为实现编队飞行

8、构型保持，文献[2]提出了一种相平面控制方法，该方法积极的利用干扰的作用，收稿日期：2015—07—09修回日期：2015-08-01达到了节约燃料并精确保持构型的目的。文献[3]利用相平面分析方法提出了自调整模糊控制器，该方法具有较好的控制性能。文献[4]由空间飞行器的误差四元数及其导数构成的开关函数推导出了控制律，并用相平面分析方法分析了闭环系统的鲁棒稳定性。文献[2—4]都对相平面控制方法进行了优化设计，但其控制律设计和计算过程复杂。