基于开关算法的欠驱动刚体航天器姿态控制.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第29卷2012年第6期文章编号：1006—1630(2012)06—0016-05基于开关算法的欠驱动刚体航天器姿态控制朱家兴，孙兆伟，陈长春(哈尔滨工业大学卫星技术研究所，黑龙江哈尔滨150001)摘要：针对执行机构只能产生两轴控制力矩的刚体航天器的姿态控制，根据欠驱动轴是否为惯性对称轴，利用开关算法和退步控制技术设计了实现欠驱动航天器姿态渐近稳定的控制律。先根据姿态动力学模型，通过3次姿态机动实现姿态角速度的稳定，再根据姿态运动学模型，在姿态角速度稳定的基础上，通过5次姿态机动实现姿态角的稳定。理论分

2、析和数值仿真结果验证了该控制策略的有效性，可实现欠驱动刚体航天器姿态控制的目标。关键词：欠驱动航天器；姿态控制；开关算法；退步控制中图分类号：V448．22文献标志码：AAttitudeControlofaRigidUnderactuatedSpacecraftBasedonSwitchingAlgorithmZHUJia—xing，SUNZhao—wei，CHENChang—chun(ResearchCenterofSatelliteTechnology，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，Heilo

3、ngjiang，China)Abstract：Aimedtotheattitudecontrolofarigidspacecraftwhichactuatorhadtwocontroltorques，theattitudecontrollawoftheunderactuatedspacecraftasymptoticallystabilizedwasrealizedbyusingswitchingalgorithmandbacksteppingcontrolaccordingtotheconditionthatwhethertheunderactu

4、atedaxiswasaninertialsymmetricaxisornotinthispaper．Theattitudeangularvelocitystabilizationbythreeattitudemaneuversinaccordancewiththedynamicmodelfirst．Theattitudeanglestabilizationwasachievedthroughfiveattitudemaneuversbasedonthedynamicstabilizationaccordingtothekinematicmodel

5、then．Thetheoryanalysisandsimulationresultsshowedthatthiscontrolstrategywaseffective，whichcouldrealizetheattitudecontroloftherigidunderactuatedspacecraft．Keywords：Underactuatedspacecraft；Attitudecontrol；Switchingalgorithm；Backsteppingcontroltechnology0引言数小于系统自由度的系统]。欠驱动航天器，是指可靠

6、性、安全性和有效性是航天产品品质的主姿态控制系统中的执行机构是非完整配置的航天要指标。对卫星等航天器来说，一旦发射入轨便成器，即执行机构不能提供三轴独立的控制力矩[4]。为不可维修系统，因此研究控制算法，保证航天器在由于研制、发射等费用巨大和几乎不可维修的特点，部分执行机构发生故障时能全部或部分完成飞行任当部分执行机构发生故障时，设计者希望航天器控务，是挽救损失和提高系统可靠性的有效途径_】]。制系统仍具有令人满意的性能。欠驱动控制可为此理论上，欠驱动系统属于二阶非完整系统，即系统加提供一种备份技术，欠驱动航天器姿态控制的研究速度具有不可积性。文献

7、I-2-1建立了二阶非完整系对提高整个控制系统的可靠性、延长航天器的使用统的动力学与控制的理论框架，并分析了系统的可寿命，具有重要的意义。控性和可镇定性，为欠驱动控制领域的深入研究提目前，欠驱动航天器的姿态控制已成为研究热供了基础。欠驱动系统是指由控制输入向量构成空点。文献I-5]的研究表明，采用角动量交换装置作为间的维数小于位形空间维数的系统，即指控制输入执行机构的航天器，在系统总角动量不为零条件下，当控制输入的个数小于3时，系统将不可控；文献收稿日期：2010—06—07；修回日期：2010—07—19[6]认为仅有两个控制输入的刚体航天器，因

8、不满足作者简介：朱家兴(1985一)，男，硕士生，主要研究方向为飞行器文献E7-1的Brockett必要条件，不能由光滑状