视频卫星凝视姿态跟踪有限时间控制仿真研究

针对视频卫星对地凝视成像的姿态控制问题,提出了一种基于双框架控制力矩陀螺(DGCMG)和反作用飞轮的卫星对地凝视姿态跟踪有限时间控制方法。推导了凝视成像时卫星的期望姿态和期望角速度;建立了视频卫星姿态跟踪数学模型;基于非线性系统齐次性方法设计了一种有限时间控制算法;进行了数值仿真和半实物仿真。仿真结果表明,该方法能够实现视频卫星对凝视姿态跟踪,可使闭环系统状态有限时间收敛并具有很好的鲁棒性。

航天器姿态跟踪有限时间自适应积分滑模控制

针对刚体航天器存在模型参数不确定性和外界干扰情况下的姿态跟踪控制问题,该文提出了一种有限时间自适应积分滑模控制方法。建立了用四元数表示的航天器姿态跟踪数学模型;在不考虑参数不确定性和干扰的情况下,基于非线性系统齐次性方法设计了一种有限时间控制算法,保证航天器姿态在有限时间内跟踪上期望姿态;当扰动存在时,为提高闭环系统的鲁棒性,结合有限时间控制和滑模控制,将有限时间控制算法应用到滑模面的设计中,设计出一种有限时间积分滑模面;最后用自适应方法设计了动态滑模切换函数增益。理论分析表明该方法兼具有限时间控制和滑模控制的优点,可使闭环系统状态有限时间收敛并具有很好的鲁棒性。仿真结果说明了该方法的有效性。

磁悬浮反作用飞轮高精度力矩控制

为提高磁悬浮反作用飞轮输出力矩精度,针对传统控制方法下永磁无刷直流电机非理想反电势和换相引起的转矩脉动,分别提出补偿控制策略。非换相期间,根据转速和位置信息,估计实时反电势来获取参考电流,通过设计的力矩控制器直接计算出调制占空比以补偿非理想反电势引起的力矩脉动;分析全转速范围内换相期间转矩波动的特点,分别提出低速区非换相相调制和中高速区间关断相调制的换相转矩脉动抑制策略,并给出换相时间的计算方法。实验表明所提控制方法显著提高了飞轮的输出力矩精度,从而验证了方法的正确性和有效性。