绕固定轴旋转航天器姿态解耦控制

《绕固定轴旋转航天器姿态解耦控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2014年第3期导弹与航天运载技术No.32014总第332期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.332文章编号：1004-7182(2014)03-0024-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20140306绕固定轴旋转航天器姿态解耦控制黄喜元，高朝辉，刘伟（中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京，100076）摘要：绕固定轴旋转可改善低温推进航天器自身的热流情况，减小贮箱推进剂的蒸发量，然而，航天器绕固定轴旋转给控制系统的设计带来复杂的非线性耦合问题。针对绕固

2、定轴旋转航天器的姿态控制问题，提出一种姿态解耦控制方案，该方案首先将姿态控制系统分解两个独立的子系统，降低系统的复杂性，然后根据子系统的特点利用反馈线性化的方法分别设计了航天器滚动通道的角速率反馈控制器和俯仰偏航通道的解耦PD控制器，实现绕固定轴旋转航天器的姿态解耦控制。基于某绕纵轴以1(°)/s慢速旋转对日定向航天器的仿真分析验证了所提设计方法的有效性，显示了解耦控制器良好的控制性能。关键词：解耦控制；旋转航天器；反馈线性化中图分类号：V448.2文献标识码：AAttitudeDecouplingControlfo

3、rRollingSpacecraftHuangXiyuan,GaoChaohui,LiuWei(ResearchandDevelopmentCenter,ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology,Beijing,100076)Abstract：Cryogenicpropellantspacecraftrollingabouttheinertiaprincipalaxiscanchangetheheatofspacecraftitselfandreducethepropellanttr

4、anspirationoftanks.However,thiscouldleadtocomplexnonlinearcouplingofcontrolsystem.Fortheissuesofattitudecontrolfortherollingspacecraft,aschemefordesigningofattitudedecouplingcontrolsystemisproposed.Toachievetheproposedcontrolscheme,thecomplexsystemissimplifiedi

5、ntotwoindependentsubsystemsfirstly,andthenutilizingfeedbacklinearization,anangularratefeedbackcontrollerfortherollchannelandaPDcontrollerforpitch-yawchannelaredesignedrespectively.Tovalidateitseffectiveness,thisapproachisappliedtothesimulationofaspacecraftwith1

6、o/srollingrate,andsimulationresultsshowthatthedesignedcontrollerhasgoodcontrolperformance.KeyWords:Decouplingcontrol;Rollingspacecraft;Feedbacklinearization0引言姿态控制系统进行了0.5～1.5（°）/s的自旋。航天器低温推进剂具有优良的性能，且价格相对低廉，在轨滑行的自旋可以使结构受热均匀，减小低温推进是进入空间及轨道转移最经济、效率最高的化学推进剂的局部热分层

7、，进而减小低温推进剂的蒸发量，降剂，也是未来月球探测、火星探测及更远距离深空探低被动热防护系统的压力。然而，由于航天器还需维测的首选推进剂。然而，由于沸点低，低温推进剂难持其他方向的姿态稳定，航天器绕固定轴旋转给姿态于长时间存储。为适应未来月球探测、火星探测及更控制系统的设计带来了复杂的非线性耦合问题，必须远距离深空探测系统在轨长时间运行的需求，必须解加以解决。[1~3]决低温推进剂蒸发量的控制问题。本文针对长时间在轨低温推进航天器，研究航天为改善低温推进航天器的热流情况，采用姿态控器绕固定轴慢速旋转下的姿态解耦控制

8、方法。基于欧[3]制技术是一种较为简单的方案。如美国德尔它4上面拉角描述航天器姿态动力学、运动学方程，通过模型级在长时间滑行过程中，为了改善上面级的热流情况，简化方法，利用反馈线性化理论，对航天器进行姿态上面级姿态控制系统进行了1.0～1.5（°）/s的自旋；解耦，分别设计了航天器的角速度反馈控制器和PD姿美国宇宙神5的半人马座上面级在长时间滑