基于自抗扰控制的空间飞行器姿态控制研究-论文.pdf

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1、2014年第7期文章编号：1009—2552(2014)07—0053—05中图分类号：TP273．5文献标识码：A基于自抗扰控制的空间飞行器姿态控制研究王坤，蔡远利(1．西安工业大学电子信息工程学院，西安710032；2．西安交通大学电子与信息工程学院，西安710049)摘要：空间飞行器姿态控制的主流方法是基于经典控制理论的，但它要求建立对象精确的数学模型。当对象模型不精确或是具有非线性、时变特性时，经典控制方法将很难满足实际的设计要求。在分析了空间飞行器姿态运动特性的基础上，引入自抗扰技术，设计

2、了两种姿态控制系统，并将两者的结果进行对比，验证了自抗扰控制方法的有效性，同时指出了在实际应用中需注意的问题。关键词：空间飞行器；姿态控制；自抗扰控制ResearchonspacecraftattitudecontrolbasedonactivedisturbancerejectioncontrolWANGKun．CAIYuan．1i(1．SchoolofElectronicandInformationEngineering，Xi’anTechnologyUniversity，Xi’an710032

3、，China；2．SchoolofElectronicandInformationEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Thepopularapproachinthedesignofspacecraftattitudecontrolsystemisthetraditionalcontroltheory，whichcouldgetgoodresul~inthepracticalapplication．However

4、，itneedsexactmathematicalmodelofthevehicles．Ifthesystemisimprecise，nonlinearandtime—variable，thetraditionalmethodwilldecreasethecontrolprecision．Basedonthedynamicandkinematicequationsofspacecraftattitudesystem，twodifferentcontrollersareconstructed．Onei

5、sthetraditionalcontroller，andtheotheristhenewtypecontrollerthatistheSO·calledactivedisturbancerejectioncontroller．Bycomparingthesimulationresults，thevalidityandthemeritsofthenewmethodarewellshown．Keywords：spacecraft；attitudecontrol；activedisturbanrejec

6、tioncontrol0引言确的姿态控制还是轨道控制的基础，因此，本文主要研究空间飞行器的姿态控制问题。空间飞行器是指运行在大气层外的飞行器，在飞行器在工作过程中要受到各种环境干扰力和科学研究、国防及经济建设中都有着非常重要的作干扰力矩的作用，例如引力梯度、太阳辐射、地球磁用。为了使空间飞行器完成规定的任务，必须要有场等，这些都是无法精确描述的，而且飞行器的姿态性能优良的控制系统。空间飞行器的运动控制主要动力学和运动学方程都呈现出很强的非线性和耦合包括两方面的内容：轨道控制和姿态控制。轨道控性。如果

7、计及现代空间飞行器的多体结构、某些部制使飞行器在星体的引力场中按期望的空间轨迹运件的结构柔性和燃料储箱内液体的晃动，相应的姿动，或使飞行器在多个星体的引力场中实现运动转态动力学描述就更加复杂了。早期的空间飞行器由移；姿态控制则使飞行器的姿态在空间轨道控制运于结构简单、精度要求不高，姿态控制的各自由度之动中保持预定的方位和指向，或进行方位和指向的机动⋯。飞行器所承担的规定任务，必须在一定的收稿日期：2013—10—23基金项目：西安工业大学校长基金资助项目(XAGDXJJ0617)轨道和姿态精度保证下

8、才能完成，而轨道和姿态的作者简介：王坤(1976一)，女，讲师，硕士，研究方向为神经网络与精度完全依赖于轨道控制系统和姿态控制系统。准智能控制算法。一53—间可以进行解耦，通常可采用单输入／单输出的古典的跟踪和各阶微分信号；非线性扩张状态观测器控制理论进行系统的分析和设计。现代空间飞行器“观测”出系统的各阶状态变量以及所谓的“扩张状承担任务的增加造成了结构的复杂性，在这种情况态”，即系统的总扰动量；跟踪一微分器和扩张状态下，忽略姿态动力学的耦合效应，已无法满足高精度观