超低轨道挠性卫星非线性姿态跟踪控制方法研究

摘要

随着侦察卫星在国家战略中发挥越来越重要的作用以及军事侦察任务越来越高的要求，高精度的姿态跟踪能力已经成为侦察卫星的发展趋势。本文针对超低轨道挠性卫星的高精度姿态跟踪控制问题进行了研究，主要完成以下内容：
　　对卫星在轨运行的气动力矩建模的问题，分析了卫星所处轨道的大气环境性质，并根据气动力矩的成因分析了各类因素对它的影响，从而通过合理的简化建立了能描述真实气动力矩特性的卫星气动力矩模型，然后通过建立气动坐标系，推导了气动力矩的具体表达式。
　　由于卫星采用喷气执行机构，分析了几种常用脉冲调制器的性质，并推导了选用的PSR调制器在常值输入下的静态特性参数的形式，通过分析调制器占空比的性质并与PWPF比较，得出PSR调制器具有与PWPF调制器相同静态特性的结论。随后为分析调制器的动态特性，采用求解超越函数方程组的方法得到了PSR调制器在四种拟合规则下的描述函数形式，并对其性质分析得到了PSR调制器幅值增益随信号频率增大而增大，而存在一信号频率使其有最大相位的结论。
　　对滑模观测器应用于有扰挠性卫星的模态观测问题，理论推导了角速度信息可知情况下模态的可观性，并分析了在三轴、两轴等干扰类型影响下滑模观测器的极点性质。对卫星姿态跟踪控制问题，设计了基于滑模观测器的滑模控制方法，给出了控制律可行的证明。对模态位移信息可知的情况，分析了滑模观测器的性能，并参考误差姿态跟踪模型的建立思想，提出了一个将模态振动量考虑为被控量的扩展误差姿态跟踪模型，而后对所提出模型设计了滑模观测器与最优滑模控制结合的控制方法，理论证明了方法的有效性。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文研究主要内容

第2章 挠性卫星姿态动力学与气动力矩建模

2.1 引言

2.2 参考坐标系

2.3 气动力矩建模

2.4 挠性卫星姿态动力学模型

2.5 姿态跟踪控制模型

2.6 本章小结

第3章 基于描述函数法的脉冲调制方法分析

3.1 引言

3.2 脉冲调制器分析

3.3 静态特性

3.4 动态特性

3.5 本章小结

第4章 基于滑模观测器的挠性卫星姿态跟踪控制

4.1 引言

4.2 模态可观性

4.3 模态信息未知的跟踪控制

4.4 仿真分析

4.5 模态信息可知的跟踪控制

4.6 仿真分析

4.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢