一种应用于欠驱动航天器的姿态控制方法研究.pdf

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1、106上海AEROSPACE航天SHANGHAl第34卷2017年第2期文章编号：1006—1630(2017)02—0106—06一种应用于欠驱动航天器的姿态控制方法研究刘美师，吴敬玉，王文妍，杨盛庆(上海航天控制技术研究所，上海201109)摘要：对欠驱动航天器的姿态控制进行了研究，设计了一种可适于多种情况的分段解耦控制器，用分段解耦的方法解决了欠驱动控制系统输入输出维数不统一的问题。由动力学方程中的耦舍项建立姿态控制系统的状态微分方程。为降低失效轴角速度对系统的影响，先实现控制系统中动力学部分的镇定，再对运动学部分进行解耦。在每个分段中设计了一个比例微分(PD

2、)控制器，设计了角速度镇定、俯仰角镇定、滚动角镇定、俯仰角收敛至7【／2、偏航角镇定和三轴稳定六个分段控制器，通过控制器间的逐个切换控制，将状态微分方程中的状态变量逐渐收敛至零，实现欠驱动姿态控制系统的渐进稳定。数学仿真验证了所设计控制算法的有效性。该控制器设计简单，便于工程实现，选取适当的参数后可保证系统状态变量的渐近稳定性。关键词：欠驱动航天器；姿态控制；分段解耦；维数；耦合；微分方程；切换控制；渐进稳定中图分类号：V448．2文献标志码：ADOI：10．19328／j．enki．1006—1630．2017．02．011StudyonAttitudeContr

3、olMethodofUnder-ActuatedSpacecraftLIUMei—shi，WUJing—yu，WANGWen—yan，YANGSheng—qing(ShanghaiInstituteofSpaceflightControlTechnology，Shanghai201109，China)Abstract：Theattitudecontrolofunder-actuatedspacecraftwasstudiedinthispaper．Thesubsectiondecouplingcontrollerwhichcouldbesuitableforvari

4、ousconditionswasdesigned，whichsolvedthedifferenceofinputandoutputdimensionofthecontrolsystembyusingsubsectiondecouplingmethod．Thestatedifferentialequationoftheattitudecontrolsystemwasestablishedbycouplingitemsindynamicequation．Toreducetheeffectofangularvelocityoffailureaxisonthesystem，

5、firstthedynamicpartsinthecontrolsystemwerestabilized，andthenthekinematicpartsweredecoupled．APDcontrollerwasdesignedineachsubsection，whichhadtotalsixcontrollersforangularvelocitystabilization，pitchanglestabilization，rollanglestabilization，pitchangleconvergenceto7c／2，yawanglestabilizatio

6、nandthree—axisstabilization．Byswitchingthecontrolleronebyone，thestatevariablesinthestatedifferentialequationwereconvergedtozero．Sotheattitudecontrolsystemcouldbeasymptomaticstabilized．Thenumericalsimulationprovedtheeffectivenessofthecontrolalgorithmdesigned．Thedesignofthecontrollerwass

7、impleandeasytorealizeinengineering．Theasymptomaticstabilizationofthestatevariablesofthesystemwouldbeguaranteedaftertheapplicableparametershavingbeenselected．Keywords：under-actuatedspacecraft；attitudecontrol；subsectiondecoupling；dimension；coupling；differentialequation；switchcontr01；as