基于自适应模糊滑模的卫星姿态控制方法.pdf

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1、第30卷2013年第2期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2013)01—0001—06基于自适应模糊滑模的卫星姿态控制方法张大伟，程卫强(上海卫星工程研究所，上海200240)摘要：研究了对地观测卫星的非线性姿态控制方法。建立了对地观测卫星基于四元数的误差姿态运动学方程和姿态动力学方程。设计滑模变量，用滑模变结构控制保证系统的稳定性和对强干扰的鲁棒性，用自适应模糊系统消除滑模控制中固有的控制变量抖振。用非自治系统的Lyapunov稳定性理论分析证明了设计的闭环系统为一致渐进稳定。数值仿真结果表明：设计的控制方法在大角度姿态随

2、动和受较大时变干扰力矩作用时均有良好的控制效果。关键词：航天器姿态控制；对地观测卫星；自适应模糊滑模控制；喷气推力器中图分类号：V448．22文献标志码：ASatelliteAttitudeControlBasedonAdaptiveFuzzySlidingModeZHANGDa—wei，CHENGWei—qiang(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai，200240，China)Abstract：Thenonlinearattitudecontrolofanearthobservationsatelli

3、tewasstudiedinthispaper．Theerrorkinematicsbasedonquaternionanddynamicswereestablishedfortheearthobservationsatellite．Theslidingsurface，basedtheideaofvariablestructurecontrolwithslidingsurface，wasdesignedforensuringsystemstabilityandrobustforstrongdisturbance．Theadaptivefuzzysystemwasa

4、ppliedforeliminatingthechatteringofthestatevariablescausedbytheslidingsurfacecontr01．ThestabilityoftheclosedloopsystemwiththedesignedcontrolmethodwasprovedtobeuniformlygraduallystablebyLyapunovtheory．Thesimulationresultsshowedthatthedesignedcontrolmethodwouldhaveanicereffectfortwoinst

5、ancesoftheattitudefollowinganddisturbedbygreattime-varyingmoment．Keywords：Attitudecontrolofspacecraft；Earthobservationsatellite；Adaptivefuzzyslidingmodecontrol；Whiffthruster0‘引言在轨运行卫星一般承担特定的空间探测、开发和利用空间任务，对卫星的姿态控制提出了各种要求，其中主要包括姿态稳定和姿态机动两大类，其目的是通过控制作用克服干扰以消除由姿态测量给出的实际姿态与期望姿态的偏差口]。对地观测卫

6、星在轨运行和对地观测过程中，要求其能实现对地定向和大角度姿态机动等任务，且应具一定的抗干扰能力，这对卫星姿态控制系统的控制能力提出了较严收稿日期：201I-10—18；修回日期：2012—04—24作者筒介：张大伟(1980一)，男，博士，工程师，主要研究方向为航天器姿轨控设计、非线性控制与智能控制。格的要求。在卫星姿态控制研究中，控制方法与研究角度多样，典型的如古典控制方法、基于自适应理论的控制方法、非线性姿态控制方法、集成能量与姿态控制方法、姿态大角度机动控制方法等瞳。]。从实际出发，考虑姿态控制中较恶劣的工况，如对地观测卫星可能需配合观测载荷机构作大角度姿态

7、变动，或在轨道机动过程中作用力与质心的偏差带来较大的时变干扰力矩，即需同时满足大角度姿态变动与抗干扰的鲁棒性，目前对此的姿态控制研究成果还较少。针对上述对地观测卫星在轨姿态变化的要求，本文基于滑模变结构控制与自适应模糊系统，对一种自适应模糊滑模姿态控制方法设计进行了研究。上海航天AEROSPACESHANGHAI第30卷2013年第2期1航天器运动学与动力学卫星对地观测时，要求其本体坐标系相对轨道坐标系有相对静止与不变性，卫星的运动方程应选择本体系相对轨道系的误差姿态运动学方程。对地观测卫星，坐标系应主要采用地心惯性系0i—z．yi蜀、轨道坐标系0。一z。Y。z。

8、，以及本体