带移动滑块太阳帆航天器姿态控制技术研究及仿真.pdf

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1、第31卷2014年第5期上海AEROSPACE航天SHANGHAI文章编号：1006—1630(2014)05一000卜06带移动滑块太阳帆航天器姿态控制技术研究及仿真张震亚1，韩艳铧1，贾杰2(1．南京航空航天大学航天学院，江苏南京210016；2．南昌航空大学信息工程学院，江西南昌330063)摘要：针对以移动滑块为控制执行机构的太阳帆航天器，基于拉格朗日分析力学建立了航天器一滑块两体系统非线性耦合动力学模型。分外环和内环回路，各自设计了基于增益调度的变增益LQR控制器和带非线性补偿的PD控制器。建立ADAMS实体仿真模型，在MATLAB／Simulink软件中建立姿态控制系统

2、仿真平台，以行星际太阳帆航天器轨道转移过程中姿态控制任务为例进行ADAM孓MATLAB动力学联合仿真实验。结果表明：设计的控制律能有效抑制光压干扰力矩对航天器姿态的影响，可实现太阳帆航天器的大角度快速姿态机动及长期姿态稳定。关键词：太阳帆；姿态控制；动力学建模；移动滑块；联合仿真中图分类号：V412．4文献标志码：AAttitudeControlandADAMS—MATLABUnitedSimulationofMoVing-MassBasedSolarSanSpacecraftZHANGZhen—yal，HANYan—hual，JIAJie2(1．C011egeofAerospac

3、eEngineering，NanjingUniversityofAemnauticsandAstronautics，Nanjing210016，Jiangsu，Chim；2．SchoolofInformationEngineering，NanchangHangkongUniversity，Nanchang330063，Jiangxi，China)Abstract：Thenonlinearcouplingdynamicmodelofsolarsail-movingmasstwo-bodysystemwasestabLishedusingLagrange’sequationsforth

4、esolarsa订spaceflightwhichemployedmoving—masssysteminthispaper．Thecontr01loopwasdiVidedintoouter—loopandinner-loop．ThevariablegainLQRcontrolbasedongainschedu“ngforouter_loopandPDcontrolwithnonlinearcompensationforinner_loopweredesigned．ThesimulationmodelwasestablishedbyADAMS，andattitudecontrolp

5、latformwasbuntinMATLAB．TheADAM孓MATLABunitedsimulationresultsofattitudecontrolmissionininterplanetarysolarsailspacecraft’sorbittransfershowedthatthemoving—massbasedattitudecontrolsystemusingdesignedcontrollawhadabilitytosuppressinfluenceofs01arlightdisturbancetorqueandhadagoodperformanceonsolar

6、sail’slargeangleattitudemaneuverandattitudekeeping．Keywords：Solarsail；Attitudecontr01；Dynamic—modeling；Movingmass；Unitedsimulation0引言太阳帆作为一种全新航天器推进机构，由于无需消耗任何化学燃料和能源即可在太阳光压持续推进下实现高速飞行，成为近年来航天领域的研究热点n]。因装配误差及帆面变形等因素，太阳帆光压压心往往不与系统质心重合，光压会对太阳帆产生收稿日期：2013—10—22；修回日期：2013—12一01基金项目：国家自然科学基金(6126301

7、2)；中国博士后基金(2012M510593)；航空科学基金(20120156001)作者简介：张震亚(1989一)，男，硕士生，主要研究方向为太阳帆航天器姿态动力学与控制。远大于传统航天器的姿态干扰力矩口]。同时由于太阳帆结构尺寸庞大，其三轴转动惯量远超过普通航天器(美国ATK研制的160m级，440kg方形太阳帆航天器的滚转轴惯量达642876kg·m2，俯仰轴和偏航轴惯量均为321490kg·m2[3]。)，若采用飞轮或反作用喷嘴等传统执行机构对其姿态进行控制，