控制理论在卫星姿态控制中的应用

分析了卫星姿态控制系统的主要组成结构以及所遇到的常见问题,总结了近几年来围绕卫星姿态控制理论中提出的多种实现姿态稳定或控制的方法,并对这些方法的有效性进行了分析.最后对卫星姿态控制的发展趋势和前景进行了探讨.     

卫星姿态调节的滑模PID控制器设计

针对刚体卫星的姿态调节问题,提出了一种滑模PID控制器设计方法.根据李亚普诺夫方法,推导出了采用PID形式的切换面的滑模PID控制器.在卫星转动惯量参数存在不确定性和存在外干扰时,该控制律也具有全局稳定性和鲁棒性.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究.结果表明,所设计的控制方案在实现姿态调节控制的同时,对于卫星转动惯量的摄动及外部扰动力矩是鲁棒的.     

滑模观测器在卫星姿控系统故障诊断中的应用

为提高卫星系统的可靠性,研究了基于观测器的卫星姿态控制系统执行机构故障诊断问题.考虑卫星姿态控制系统的不确定性及外界干扰,设计一种鲁棒自适应滑模观测器,采用Lyapunov函数作为稳定观测器的判别条件,保证了观测器的存在,利用设计的观测器对执行机构的故障进行重构从而达到故障诊断的目的.建立卫星闭环姿态控制系统模型并对算...     

基于RBF网络上界自适应学习的预警卫星滑模控制

分析了RBF(径向基函数)神经网络的基本结构和数学特性,对于预警卫星动力学系统的不确定性上界值无法测量和未知的情况,采用RBF神经网络可以对较强干扰上界进行自适应学习,并可降低控制和动力学带来的抖振。针对带有摆镜的预警卫星姿态控制问题,提出了一种基于神经网络扰动补偿的姿态滑模控制方法。针对RBF网络正交最小二乘(OLS)学习算法,采用RBF神经网络来学习不确定因素的上界值,并设计了预警卫星的姿态控制规律,解决了预警卫星动力学扰动补偿问题。利用数值仿真估算了基于RBF网络上界自适应学习滑模控制的预警卫星姿态控制系统的性能指标。     

卫星姿态精度对TDI CCD相机的影响

正确的姿态控制精度是TDI CCD卫星相机正常工作的基本前提，通过分析、计算卫星姿态控制精度导致的像移量及其与调控传递函数的对应关系，给出了TDI CCD相机对卫星姿态精度的要求，实例计算结果表明，TDI CCD相机对卫星姿态控制精度的要求比普通CCD相机的要求高，且随着TDI积分级数的增加，对卫星姿态的稳定度要求变得尤为苛刻。     

基于遥测数据的定点自旋卫星姿态选优方法

自旋姿态确定和控制都是由地面完成,由于几何观测条件限制、测量误差和计算方法不同,姿态确定结果往往不一致,进而影响到姿态应用和控制精度.充分利用卫星定点后,星上红外地球敏感器对地观测弦宽变化规律,确定了自旋轴与轨道法向夹角与地球测量弦宽关系,推导了由卫星下传遥测数据差分值计算自旋轴与轨道法向夹角的计算公式,由于消除了测量数据系统差,精度得到了很大提高,在此基础上提出的姿态选优算法可以从不同定姿结果中选出最接近卫星真实情况的姿态.该方法已经在我国在轨自旋卫星日常测控中得到应用.     

基于鲁棒控制理论的卫星姿态控制

对于三轴角动量飞轮式卫星的姿态控制提出了一种鲁棒控制设计方法.针对挠性卫星中存在的未建模动态以及参数不确定性问题,基于H∞控制理论对姿态控制器进行了设计,通过选取合适的加权函数将姿态控制问题转化为标准H∞控制问题,进而获得所需控制器.并与PID控制器进行了仿真实验对比,仿真结果表明,对于系统中存在的干扰和参数不确定性,H∞控制具有良好的鲁棒稳定性与动态性能.     

A comparing design of satellite attitude control system based on reaction wheel

The disturbance caused by the reaction wheel with a current controller greatly influences the accuracy and stability of the satellite attitude control system. To solve this problem, the idea of speed feedback compensation control reaction wheel is put forward. This paper introduces the comparison on design and performance of two satellite attitude control systems, which are separately based on the current control reaction wheel and the speed feedback compensation control reaction wheel. Analysis shows that the speed feedback compensation con- trol flywheel system may effectively suppress the torque fluctuation. Simulation results indicate that the satellite attitude control system with the speed feedback compensation control flywheel has improved performance.     

卫星姿态跟踪的模糊滑模控制器设计

针对刚体卫星的姿态跟踪问题,提出了一种模糊滑模变结构控制器设计方法。首先根据由误差四元数和误差角速度描述的跟踪误差动力学和运动学方程,设计了基于李亚普诺夫方法的滑模变结构控制律。为克服滑模控制中存在的固有的抖振问题,采用模糊控制方法设计了切换控制项。最后对卫星姿态跟踪控制系统进行了仿真研究。结果表明,在参数不确定性及外干扰存在时,所设计的控制方案在实现姿态跟踪控制的同时,对于卫星转动惯量的摄动及外部扰动力矩是鲁棒的。     

扫描镜运动对三轴稳定卫星姿态影响研究

推导了带扫描镜运动的星体姿态动力学方程，以此方程对扫描过程进行了仿真计算，分析了扫描镜做扫描运动时星体姿态运动的一般规律及星体与扫描镜之间惯量比对星体姿态的影响。结果表明，扫描镜的步进运动将引起星体滚动姿态的单调变化，而周期性的扫描运动将引起星体偏航和俯仰姿态的周期性运动。改变扫描镜绕步进轴的转动惯量主要影响星体滚动姿态，而改变扫描镜绕扫描轴的转动惯量，主要对星体俯仰、偏航运动姿态有影响。     

非实时控轨编队卫星的相对姿态控制

为了精确指向目标,即确定从星的姿态指向,提出了一种计算期望姿态和期望角速度方法,该算法利用单星在惯性坐标系的位置和速度,不需要星上增加相对姿态测量设备.在此基础上设计了变结构控制器.数值仿真结果表明该方法可以实现准确的期望姿态计算和相对姿态控制.     

Flexible Satellite Attitude Control via Adaptive Fuzzy Linearization

The adaptive fuzzy control is combined with input-output linearization control to constitute the hybrid controller. The control method is then applied to the attitude maneuver control of the flexible satellite.The basic control structure is given. The rules of the controller parameter selection, which guarantee the attitude stabilization of the satellite with parameter uncertainties, have been analyzed. Simulation results show that the precise attitude control is accomplished in spite of the uncertainty in the system.     

卫星姿态控制系统鲁棒故障诊断方法

针对卫星姿控系统的鲁棒故障诊断问题,在未知输入观测器(UIO)基础上,提出利用非线性未知输入观测器(NUIO)对执行机构和敏感器故障诊断.考虑姿控系统存在外部干扰以及系统不确定性,建立姿控系统非线性模型,设计NUIO对部分干扰和系统不确定性解耦,令未解耦部分到系统残差H∝范数作为性能指标使之最优,运用线性矩阵不等式(L...     

事件驱动的卫星编队姿态分布式协同控制

星间信息交互是卫星编队姿态协同控制的基础.为降低姿态协同控制对星间交互的信息量,满足资源和通信带宽受限等约束,在卫星编队Euler-Lagrange姿态动力学模型的框架内,提出了一种基于事件驱动的相对姿态分布式自适应控制算法.通过设计含有星间状态偏差、关联矩阵等的事件驱动函数,当该函数值满足条件时触发事件、更新数据,在非触发时间内利用触发时刻的信息设计控制算法,从而将卫星编队姿态一致性协同控制转化为事件驱动控制问题,有效降低了控制输入更新频次及星间信息交互量.基于Lyapunov理论证明了在事件驱动自适应控制器作用下,领航者—跟随者卫星编队系统是全局渐近稳定的.并证明了事件触发时间序列不会产生Zeno现象,即事件触发间隔时间存在下界.进行数值仿真验证事件驱动自适应控制算法的有效性,并将其与传统自适应控制算法相比较,仿真结果表明,所设计的控制算法在保证闭环系统控制性能的前提下,显著降低了控制输入更新频次和星间交互信息量,满足星上能量和星间通信能力等约束.     

考虑控制输入饱和的卫星姿态调节控制

研究了刚体卫星在控制输入饱和、外干扰和参数不确定性存在时的姿态调节控制问题.设计了可动态调节参数的控制器,能够保证姿态和角速度都是渐近趋于零的.通过李亚普诺夫方法证明了闭环系统零平衡点的全局渐近稳定性.所提出的控制方案不依赖于卫星的转动惯量,因此对参数不确定性具有鲁棒性.仿真结果表明,在控制输入饱和情况下,所设计的控制方案在实现姿态控制的同时,对外部扰动也能够有效地抑制.     

卫星姿态调节的自适应滑模控制器设计

针对刚体卫星的姿态调节问题,提出了一种自适应滑模控制器设计方法.在卫星转动惯量参数存在不确定性时,设计了基于李亚普诺夫方法的自适应滑模控制律,实现了对惯量参数的实时辨识.同时为克服滑模控制中控制量存在的固有的抖振问题,又提出了采用双曲正切函数代替符号函数的控制方案.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究.结果表明,所设计的控制方案在实现姿态调节控制的同时,完成了对卫星转动惯量的辨识,并有效地抑制了外部扰动.     

基于嵌入式仿真的卫星姿控系统故障模拟平台

进行卫星姿态控制系统故障模拟,对控制系统优化配置、故障诊断、系统重构技术研究与实验验证具有重要作用.提出了一种卫星姿控系统故障模拟通用解决方案,包括基于Simulink开发环境的宿主机系统、基于嵌入式实时操作系统VxWorks的目标机系统、控制系统部分实物.同时对有关功能实现及可扩展性进行了简单描述.     

角速度约束卫星编队控制与虚拟演示验证

针对角速度约束下卫星编队姿态同步控制问题,提出一种附加系统动态-姿态同步控制器综合设计策略.首先,考虑角速度约束影响,建立约束下卫星编队模型;其次,建立姿态跟踪误差方程,将角速度约束转化为角速度跟踪误差约束,并设计新型有限时间附加系统动态,保证姿态变化满足约束要求;然后,基于附加系统状态,设计姿态同步控制器,实现卫星编...     

小卫星姿态反作用轮捕获的预测控制方法

有利于提高小卫星的功能密度。为在反作用轮速率饱和限制条件下获得较短的捕获时间,在极大值原理和非线性预测控制理论基础上提出了分步优化的思想,设计了用于姿态捕获的次最优控制器,避免了直接优化控制的困难。最后进行了仿真验证,结果表明该控制方法能在反作用轮速率饱和限制条件下较快地实现小卫星姿态捕获,且具有良好的鲁棒性。     

Adaptive Fuzzy Attitude Control of Flexible Satellite

The adaptive fuzzy control is applied in the attitude stabilization of flexible satellite. The detailed design procedure of the adaptive fuzzy control system is presented. Two T-S models are used as both controller and identifier, The parameters of the controller could be modified according to the information of the identifier. Simulation results show that the method can effectively cope with the uncertainty of flexible satellite by on-line learning and thus posses the good robustness. With the proposed method, the precise attitude control is accomplished.