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。接着本文采用常规P ID(P ID P roportio nal,Integr ated,Diffe rence)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P ID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,本文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P ID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P D(P D P roport ional,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。本论文从挠性多体卫星控制器特点出发,研究了三种不同的控制方法,为今后工程应用提供了一种参考。
【关键词】：挠性多体卫星 滑模变结构控制 复合控制 姿态稳定 模糊滑模控制
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V448.22