空间引力波探测中无拖曳控制方法研究

摘要

本文面向空间引力波探测"高精度"要求,从动力学与控制论的角度,对无拖曳卫星控制系统进行了研究.参考LISA Pathfinder模型,无拖曳卫星包含两个检验质量,其控制系统包括卫星平台姿态控制回路、无拖曳控制回路和静电悬浮控制回路.无拖曳控制回路采用无拖曳控制技术,检验质量处于自由落体状态,控制卫星平台"强跟随"检验质量,实现检验质量和卫星平台的高微重力水平.静电悬浮控制回路采用了主动隔振控制技术,控制检验质量"弱跟随"卫星平台,衰减从卫星平台传递到检验质量的振动扰动,实现检验质量的高微重力水平,同时避免检验质量与传感器的电极笼碰撞.基于Proportional-Integral-Differentive(PID)控制算法,分析了两种控制技术的频域特性,并推导了PID控制器参数的计算公式,由此可以根据控制性能要求快速地确定控制器参数.随后,本文提出了一种控制策略,设计了PID控制器,通过数值仿真验证了控制策略的有效性和控制器参数的准确性.