带挠性附件卫星的姿态控制

摘要

早期的卫星设计结构紧凑，构型简单，在姿态控制系统设计时将卫星看作刚体就可以获得满意的姿态控制精度。为满足现代航天任务需求，卫星结构设计日趋复杂，卫星挠性附件数量和尺寸不断增加。这些挠性附件容易因受到卫星自身机动或外界干扰而发生振动。当挠性附件的低阶振动频率接近姿态控制系统带宽时，其振动信号就会通过测量装置进入到姿态控制系统，给姿态控制精度、甚至稳定性带来影响。
　　本文以带挠性附件卫星为研究对象，以卫星俯仰通道控制系统设计为例，为实现带挠性附件卫星的高精度姿态控制，设计了包含控制器和结构滤波器在内的姿态控制系统。本文首先对刚体卫星及带有挠性附件卫星的动力学模型进行了详细的分析与建模;其次，提出了针对卫星俯仰通道姿态控制的PD控制加带有调整系数的结构滤波器控制器设计;再次，主要针对带挠性附件卫星在轨运行期间存在的不确定性，分别仿真模拟了挠性附件的一阶频率变化不同情况时的系统响应;最后，在已有理论工作和模拟结果的基础上，针对挠性附件卫星在轨运行期间的不确定性，分析设计了基于最小二乘法辨识的自适应结构滤波器控制器设计。建立了符合任务要求的针对带有挠性附件卫星的控制系统设计。仿真结果表明，所设计的姿态控制系统，即使在挠性附件振动频率改变的条件下，仍能保持较高的姿态控制精度。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景与意义

1．3 研究历史与现状

1．4 论文章节安排

2 带挠性附件卫星的动力学方程

2．1 坐标系及坐标系间的转换

2．1．1 常用坐标系定义

2．1．2 坐标系间的转换

2．2 欧拉角动力学方程

2．3 刚体卫星姿态动力学方程

2．4 刚体卫星模型线性化

2．5 挠性卫星姿态动力学方程

2．6 小结

3 带有大型挠性附件卫星的经典控制方法

3．1 传统结构滤波器设计

3．2 带调整系数的结构滤波器设计

3．3 小结

4 自适应结构滤波器设计

4．1 最小二乘法

4．2 自适应结构滤波器设计

4．2．1 针对一阶频率变化的自适应结构滤波器设计

4．2．2 针对一、二阶频率变化的自适应结构滤波器设计

4．2．3 针对阻尼比变化的自适应结构滤波器设计

4．3 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢