挠性多体卫星姿态控制方法研究

摘要

卫星姿轨控系统是卫星系统中最重要的一个分系统之一，随着卫星发展越来越快，科学任务的增多，卫星天线等挠性附件随之增多。现代卫星的典型特征就是挠性多体特性，一颗卫星往往由帆板、天线以及储箱组成。各附件的挠性频率较为集中，当天线进行指向运动时就会引起挠性附件振动，因此需要对挠性多体卫星进行动力学分析和控制研究，采用控制器设计方式实现对振动的抑制和星体姿态的控制。
　　本文首先根据中继卫星的特点建立了中继动力学动力学方程，并针对帆板振动影响、天线转动影响和液体晃动影响做了动力学特性分析，结果表明，在无控状态下帆板和液体晃动对星本体的姿态影响非常小，但在高精度指向时仍需进行抑制。接着采用常规PID（PID Proportional，Integrated，Difference）控制设计思想，简化了动力学方程，采用两级控制，解耦了天线转动控制和星体姿态控制。仿真结果表明，采用PID控制能较好地实现天线回扫控制，但是姿态稳定速度慢，角速度振动幅度大。第三，针对姿态稳定速度问题，采用滑模控制器实现了对多体卫星的姿态控制，从控制结果来看，采用滑模控制器，其姿态稳定快速性优于PID控制结果，但天线振动抑制不太理想，这是由于天线控制仍采用的是 PD（PD Proportional，Diffe renc e）控制。第四，针对天线控制存在抖振的问题，本文研究了模糊滑模控制，采用模糊控制思想将滑模控制器输出量进行了柔化，减弱了滑模面切换时引起的天线振动。仿真结果表明，采用模糊滑模控制器明显优于常规滑模控制器，天线振动被抑制住，卫星姿态稳定较好。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 挠性多体卫星

1.3 挠性多体卫星控制技术

1.4 滑模变结构控制技术

1.5 论文主要内容与组织结构

第2章 挠性多体姿态动力学建模与分析

2.1 坐标系的定义

2.2 姿态描述及运动学方程

2.3 动力学建模

2.4 天线运动模式分析

2.5 帆板振动对姿态运动的影响分析

2.6 液体晃动对姿态运动的影响分析

2.7 天线运动对姿态运动的影响分析

2.8 小结

第3章 挠性多体卫星姿态PID控制器设计

3.1 控制系统组成与结构

3.2 动力学模型简化

3.3 PID控制器设计

3.4 仿真结果分析

3.5 小结

第4章 挠性多体滑模变结构控制器设计

4.1 滑模变结构控制器

4.2 滑模控制器设计

4.3 仿真结果分析

4.4 与PID控制器对比分析

4.5 小结

第5章 模糊滑模变结构控制器设计

5.1 模糊滑模变结构控制器

5.2 模糊滑模姿态控制器设计

5.3 仿真结果对比分析

5.4 小结

第6章 结论和展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果