基于Tube的挠性航天器模型预测姿态控制及主动振动控制

针对大角度姿态机动的挠性航天器，将基于“管道”(Tube)的模型预测控制(Tube-based model predictive control, Tube-MPC)应用于挠性航天器的姿态控制中。首先，对不考虑扰动的挠性航天器的标称系统设计模型预测控制律，求解模型预测控制问题以确定飞行姿态角的标称轨迹。然后，针对带有扰动的挠性航天器的实际系统，将挠性附件振动和外部扰动作为复合扰动，设计辅助控制器使实际系统状态处于以标称轨迹为中心的Tube不变集内，驱使实际系统状态到达标称轨迹上，并沿着标称轨迹最终收敛于原点。基于Tube的模型预测姿态控制器在满足控制输入约束条件下能有效处理扰动，从而实现对姿态角指令的有效跟踪。同时，针对姿态机动过程引起的挠性附件振动，采用压电智能材料，设计了全阶滑模主动振动控制器。全阶滑模控制器可有效减少抖振，从而使挠性振动模态能够在有限时间内快速衰减。仿真结果表明，所设计的基于Tube的模型预测姿态控制器与全阶滑模主动振动控制器能有效地抑制挠性附件的振动和外界扰动，对姿态角指令有较好的跟踪性能。