卫星快速姿态机动的轨迹实时规划与跟踪控制方法

摘要

随着航天科技的不断发展，具有高观测精度和高机动性的敏捷卫星成为了研究的热门部分，本文针对敏捷卫星面对突发状况或接受突发任务时需要进行快速的姿态机动以及后续稳定跟踪的需要，对敏捷卫星实时快速姿态机动问题以及实现姿态跟踪控制问题进行了研究，主要包括：
　　首先通过对比传统滑模控制器和递阶饱和PID控制器的优缺点，综合两者的优势设计了递阶饱和滑模控制器，该方法可以获得绕欧拉轴快速姿态机动的轨迹，该控制器具有良好的收敛效果和鲁棒性，并对转动惯量的拉偏具有一定的适应能力。该方法控制力矩并未处于完全饱和状态，说明获得的机动轨迹并不是时间最优的结果。
　　针对控制力矩发挥不完全，机动轨迹不是时间最优的问题，通过采用应用于两连杆机械臂系统的控制时间切换法求解基于时间最优情况下的姿态机动轨迹。该方法假定控制力矩一直处于饱和状态，通过求解最佳的控制力矩切换时间进而获得最优的机动轨迹，由于该方法对初值选取要求较高，所以对前一部分的拟最优结果进行处理后作为初值，通过仿真验证该方法可以快速获得时间最优条件下的姿态机动轨迹，可以满足在轨卫星面对突发状况，实时获得最优姿态机动轨迹的任务需求。
　　针对敏捷卫星在机动中需要保持姿态稳定的要求，同时保证收敛时间，设计一种非奇异快速终端滑模控制器，同时为增强系统自适应性及鲁棒性，采用切比雪夫神经网络方法，减小滑模变结构带来的抖振问题。对神经网络添加开关控制用以切换自适应神经网络和鲁棒控制。通过仿真结果，该控制器可以很好的跟踪前文获得的最优机动轨迹，并具有很高的稳定性和控制效果。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 卫星动力学与运动学建模

2.1引言

2.2坐标系定义以及姿态描述

2.3卫星运动模型建立

2.4本章小结

第3章 递阶饱和滑模控制器

3.1引言

3.2传统滑模控制器

3.3递阶饱和PID控制器

3.4递阶饱和滑模控制器

3.5仿真验证

3.6本章小结

第4章 基于控制时间切换法的姿态最优机动算法

4.1引言

4.2传统轨迹优化算法

4.3控制时间切换法

4.4控制时间切换法仿真结果

4.5本章小结

第5章 基于切比雪夫神经网络的滑模姿态跟踪控制

5.1引言

5.2基础控制理论

5.3神经滑模控制

5.4控制器设计

5.5稳定性分析

5.6仿真分析

5.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

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