参数不确定SGCMG系统的自适应操纵律设计

在单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统操纵律的设计中,如果考虑框架伺服特性,往往假设系统的物理参数是确切已知的.为消除参数的不确定性对操纵性能的影响,设计了一种自适应操纵律.该操纵律可对系统物理参数进行在线估计,并能根据航天器姿态控制给出的角动量(或力矩)指令,直接计算出每个框架驱动系统所需的控制力矩.由于操纵律没有算法奇异,在SGCMG系统不出现运动奇异的情况下,可使操纵误差渐近收敛至零.同时,该操纵律对系统参数变化具有良好的适应性,且形式简单,易于实现.对应用在航天器上的某SGCMG系统的仿真结果表明,上述操纵律是可行的.     

基于复合执行机构的再入弹头自适应反演控制

为了提高再入弹头命中精度和机动突防能力, 将质量滑块和单框架控制力矩陀螺(SGCMG) 配合使用, 以在弹头再入全过程中产生足够的姿态控制力矩. 针对再入系统物理参数及外界环境干扰的不确定性, 利用反演方法设计再入弹头姿态自适应控制器. 该控制器可以对转动惯量不确定性进行自适应补偿, 并且有效抑制力矩干扰对姿态控制系统的影响. 对某型再入弹头的仿真研究表明, 所提出的控制器可以实现姿态角的良好跟踪.

     

SGCMG系统框架角轨迹跟踪自适应补偿控制

作为应用在航天器上的惯性执行机构,单框架控制力矩陀螺（GSGCMG）系统框架角空间的轨迹跟踪性能对航天器姿态控制（或稳定）精度有着极大的影响,为提高SGCMG系统框架角轨迹跟踪性能,本文在轨迹跟踪控制中,采用了“PD＋自适应补偿”的控制器结构,通过分析可以发现,此种控制器不但可使轨迹跟踪误差收敛至零,实现有限时间跟踪控制,而且可使轨迹跟踪误差每一分量的绝对值指数收敛,对应用在航天器上的金宁塔形4－SGCMG系统框架角空间轨迹跟踪控制的仿真结果表明,上述控制算法是可行的。     

SGCMG系统非奇异路径规划

单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)是应用在航天器上的一类惯性执行机构 .在航天器的姿态控制中 ,通常采用三个或以上的SGCMG ,以满足三轴控制的要求 .但是 ,当多个SGCMG协调工作时 ,系统会出现奇异现象 ,并极大地降低了SGCMG系统的操纵性能 .为回避SGCMG系统的奇异 ,本文提出了一种新的奇异回避条件 ,并通过对非线性规划中当前Kuhn Tucker乘子值的估计 ,得到了冗余SGCMG系统闭合形式的非奇异路径 ,而不需繁杂的数值求解 .正是由于这些新的手段 ,使得本文提出的算法不仅具有良好的奇异回避性能 ,而且形式简单 ,易于实现 .对金字塔构形的 4 SGCMG系统的仿真结果表明 ,上述算法是可行的 .     

偏置动量轮控卫星姿态控制

研究了轮控的三轴稳定的偏置动量卫星姿态控制问题。卫星的俯仰回路采用偏置动量轮，滚动／偏航轴上各安装一个反作用飞轮来完成姿态控制。小姿态角下俯仰回路可以单独设计，利用测量的俯仰角来实现其姿态控制；滚动／偏航回路利用滚动信息，采用基于偏航观测器的滑模控制器设计。磁力矩器提供的磁矩与地磁场作用产生的力矩实现了飞轮的动量卸载。对卫星姿态控制系统进行的仿真研究结果表明，所设计的控制方案在飞轮输出力矩工作范围内，可使卫星达到很高的姿态控制精度。     

大型空间飞行器的高阶滑模姿态控制律设计

针对大型空间飞行器的大角度姿态控制问题,考虑航天器惯量矩阵中的不确定性和外部扰动力矩,应用高阶滑模控制方法设计了姿态跟踪控制律.采用的二阶滑模控制方法改善了系统针对不确定性及外部扰动的鲁棒性,并减弱了振颤现象.针对所设计的控制器进行了仿真验证,并与一阶滑模控制进行了对比,仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

SGCMGs驱动的挠性航天器有限时间自适应鲁棒控制

针对挠性航天器系统中同时存在单框架控制力矩陀螺群(Single gimbaled control moment gyroscopes, SGCMGs) 摩擦非线性、电磁干扰力矩、惯量摄动以及外部干扰等问题, 提出了一种有限时间自适应鲁棒控制(Finite-time adaptive robust control, FTARC) 方法. 针对系统中存在未知参数的情况, 分别设计自适应更新律, 使得控制器的设计不依赖参数信息, 同时减小外部干扰对系统的不利影响. 应用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统姿态角误差和姿态角速度误差可在有限时间内收敛到原点附近的邻域内. 仿真结果表明, 所提控制律可实现挠性航天器姿态快速机动, 并获得甚高指向精度.     

基于飞轮的欠驱动航天器姿态控制器设计

在以飞轮作为姿态控制执行机构的航天器中,如果部分飞轮发生故障而使得航天器欠驱动时,姿态控制性能会急剧下降.本文对两个匕轮的刚性航天器,研究了姿态控制问题.在零动量的假设下,利用Backstepping方法,为欠驱动姿态控制系统设计了一个新型的姿态控制器.设计过程分两步进行:首先,根据姿态运动学模型,设计出可使航天器姿态全局渐近稳定的控制角速率;然后,根据姿态动力学模型,得到使航天器姿态全局渐近稳定的控制力矩.该控制器为非连续控制器,可使航天器姿态误差全局一致渐近收敛为零,并使系统具有良好的动态性能.计算机仿真表明,本文所设计出的控制器是可行的.     

磁悬浮动量轮的主动振动控制

由于同传统的滚珠轴承动量轮相比,磁悬浮动量轮的定子和转子之间没有接触,不需要润滑,允许高速旋转,而且磁悬浮动量轮可以提供框架控制能力,因而磁悬浮动量轮被认为是未来高精度航天器姿态控制的理想招待机构。然而,尽管与传统动量轮产生干扰力矩的机理不同,磁悬动量轮本身还是存在一些振动源。如何消除这些振动源引起的扰动,即磁悬浮动量轮的主动振动控制是将磁悬浮动量轮应用于航天器姿态控制所要解决的主要问题。由于磁悬浮动量轮的转子是依靠磁性轴承来维持其在定子中的悬浮转动,为了更好地了解磁悬浮动量轮的主动振动控制,本文首先对一般的磁性轴承系统的主动振动控制方法进行了综述,这些方法包括：自适应开环前馈补偿方法、带通滤波器方法、基于观测器的方法、鲁棒控制方法以及模型跟踪控制方法等。在此基础上本文对磁悬浮动量轮的主动振动控制问题进行了讨论,重点对自适应模型跟踪控制方法进行了介绍。     

基于单个双框架变速控制力矩陀螺的卫星姿态反步控制

研究了利用单个双框架变速控制力矩陀螺(DGVSCMG)实现卫星三轴姿态控制问题;文章建立了基于单个DGVSCMG的卫星姿态动力学模型,在此基础上采用反步法设计控制律,分为姿态环的设计和角速度环的设计,并通过Lyapunov稳定性定理验证了控制算法的稳定性;最后对该控制律进行的数值仿真结果表明,21s后卫星姿态控制精度优于10-2°,姿态稳定度达到10-3°/s量级,验证了文章方法的有效性。