基于鲁棒自适应反步法的航天器姿态跟踪控制.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第28卷2011年第3期文章编号：1006—1630(2011)03—0032—05基于鲁棒自适应反步法的航天器姿态跟踪控制颜根廷，宋斌(上海宇航系统工程研究所，上海201108)摘要：针时存在未知惯量矩阵和外干扰的刚体航天器姿态跟踪．提出了一种鲁棒自适应控制方法。综合自适应反步法和非线性Lz增益干扰抑常l方法，用自适应反步法构造系统的Lyapunov函数，获得了具L：增益的鲁棒自适应控制器，以保证姿态跟踪误差系统为一致最终有界稳定，确保估计的航天器惯量参数的有界性，并使从外干扰输入到评价输出的L2

2、增益不大于给定值。仿真结果验证了方法的有效性和可行性。关键词：航天器；姿态跟踪；鲁棒控制；自适应反步法，L2增益；干扰抑制中图分类号：V448．2文献标志码：ASpacecraftAttitudeTrackingControlBasedonRobustAdaptiveBacksteppingApproachYANGen—ting，SONGBin(AerospaceSystemEngineeringShanghai，Shanghai201108，China)Abstract：Arobustadaptivecontrolapproachwasp

3、resentedfortheattitudetrackingproblemoftherigidspacecraftwiththeunkowninertiamatrixandexternaldisturbancesinthispaper．Theproposedcontr01approachwasacombinationofadaptivebacksteppingapproachandnonlinearL2一gaindisturbanceattenuationmethod．TheLyapunovfunctionsofthesystemwerec

4、onstructedbytheadaptivebacksteppingapproach，andanonlinearrobustadaptivecontrollerwithL2·gainwasobtained，whichcouldensurethattheattitudetrackingerrorsystemwasuniformlyultimatelyboundedstable，theestimatedinertiaparametersofthespacecraftwerebounded，andtheLz—gainfromthedisturb

5、anceinputtothepenaltyoutputwasnotlargerthanaprescribedvalue．Thesimulationresultsvaifiedtheeffectivenessandfeasibilityoftheproposeddesignmethod．Keywords：Spacecraft；AttitudetrackingRobustcontrolsAdaptivebacksteppingapproach；Lz—gain；Disturbanceattenuation0引言航天器姿态控制系统是一个多输入多输出

6、的耦合非线性系统。燃料消耗、太阳帆板展开和有效载荷运动均会引起航天器惯量参数的变化，工程应用中航天器的惯量参数通常不能精确获知。另外，在轨运动的航天器不可避免地受到各种力矩的干扰。这些干扰力矩主要包括重力梯度力矩、太阳光压力矩、气动力矩和剩磁干扰力矩等。因此，对存在未知惯量矩阵和外干扰的航天器姿态控制的研究不但具理论价值。而且有重要的工程意义。近年来，对此提收稿日期：2009-02—19；修回日期：2009-06—02作者简介；颜根廷(1977一)，男，博士，主要从事飞行器总体设计。出了各种控制策略。文献[13针对存在未知惯量阵的航天器姿态

7、跟踪，提出了一种无需角速度信息的自适应输出反馈控制律，但控制器设计忽略了外干扰力矩的影响。文献[2]研究了存在重力梯度干扰力矩和控制输入饱和时的卫星姿态控制，提出的控制器确保系统为几乎全局渐近稳定，但文献仅讨论了存在重力梯度干扰这一种特殊形式干扰时的姿态控制，而此干扰不具一般性。文献[3]采用逆最优控制方法研究了存在外干扰的刚体航天器姿态跟踪，提出的反馈控制律对由跟踪误差、控制能量与外干扰组成的代价函数是最优的。文献[4]设计了一种干扰补偿器处理干扰抑制，但针对线性化航天器数学模型设计的姿态控制方案并不能保证原系统有相同的性能。第28卷20

8、11年第3期颜根廷，等：基于鲁棒自适应反步法的航天器姿态跟踪控制反步设计法是综合了Lyapunov函数选取与控制律的一种回归设计方法，可解决Lyapunov方法缺乏构造性的问题[