柔性多体卫星自抗扰控制系统的研究

设计了一种新型的姿态控制器—姿态自抗扰控制器。采用简化了的刚体动力学模型,即把柔性太阳帆板与柔性天线等的振动都看作外干扰,对象的不确定性、未建模动态与外干扰的总量都由自抗扰控制器估计出,再用该估计总量实现动态反馈补偿。该姿态控制器,只需控制输入转换矩阵的估计值,无需精确的卫星动力学模型。改变星体转动惯量或设置干扰力矩情况下的数学仿真表明,所设计的自抗扰控制器具有较小的稳态误差、较快的动态响应及对干扰有较强的抑制能力。

多体卫星地面物理仿真的一致性研究

三轴气浮台不能直接用于多体卫星的地面物理仿真实验,这是由于部件转动引起台体的质心变化,进而产生重力静不平衡力矩,使仿真过程无法进行,因此需要质心补偿系统对气浮台的重力静不平衡力矩进行补偿。本文通过对多体卫星动力学和气浮台动力学的比较,分析了在重力场中的地面物理仿真系统与真实卫星的动力学特性的不同点,给出地面物理仿真系统能完全模拟真实卫星运动的一致性条件,并进行了数学仿真。当转动附件的质心在转动轴或转动中心上时,气浮台系统可以完全模拟卫星系统的质量特性和力学耦合特性,否则,多体气浮台系统和多体卫星系统的动力学耦合特性不完全一致,需要采取一定的方法进行补偿。

多体卫星复合控制物理仿真试验系统

对于具有星间链路天线的多体卫星而言 ,进行星体姿态和天线指向复合控制的地面物理仿真试验研究是一个重要课题。本文主要叙述利用单轴气浮台模拟卫星姿态运动 ,由天线框架驱动机构 (GDA)实物连接组成的多体卫星平面运动动力学环境下的物理仿真试验系统。

多体卫星物理仿真动态调平衡干扰力矩分析

研究多体卫星的动力学,针对系统性能动态平衡问题,通常采用单轴气浮台进行仿真,但是单轴气浮台不能完全仿真卫星三自由度的平衡状态。为解决上述问题,三轴气浮台上实现带转动部件的多体卫星动力学仿真,研究了利用动态调平衡系统中质量块的移动,来实时补偿由于部件转动引起的质心变化而导致的重力不平衡力矩的方法。通过对气浮台系统动力学的研究,给出了动态调平衡执行机构质量块的移动规律。给出了由于引入动态调平衡装置而产生的额外干扰力矩的计算公式,通过数学仿真分析了干扰力矩对仿真系统的影响,为设计提供了科学依据。

一种新型滑模控制算法在挠性多体卫星姿态控制中的应用

针对一类挠性多体卫星的复合控制问题,提出一种新型滑模变结构控制算法。新型算法利用闭环系统Lyapunov函数的一阶导数估计值设计控制器,且控制器采用了递归学习控制结构,能够有效解决传统滑模控制技术的颤振问题。随后根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统轨迹可以快速收敛到滑模面,并且系统状态误差可在滑模面上渐近收敛到零。此外,设计的控制器能够有效抑制外部干扰,而且控制器只需要控制输入矩阵信息而不需受控系统和未知参数的其他先验信息,使得算法具有较强鲁棒性。最后通过数值仿真与现有文献中控制算法进行对比,结果充分验证了本文设计控制算法的有效性和实用性。

基于天线驱动组件的多体卫星MIMO控制及稳定裕度应用研究

针对两输入两输出的多体卫星控制系统,采用工程中的天线驱动组件为天线转动提供驱动力矩,在天线小角度机动条件下,对此线性模型采用多变量频域设计法中的序列回差设计技术,设计卫星本体俯仰姿态和天线转动的多输入多输出(MIMO)控制器,利用Nyquist稳定判据证明系统的稳定性.在此基础上分别利用回差阵奇异值法和逆回差阵奇异值法计算MIMO控制系统的稳定裕度,将两种方法所得结果相结合以减小稳定裕度计算的保守性,最后通过数值仿真验证了控制算法和控制系统稳定裕度结果的有效性.

多体卫星复合控制地面物理仿真试验系统

对于具有星间链路天线的多体卫星而言,进行星体姿态和天线指向复合控制的地面物理仿真试验研究是一个重要课题。本文主要叙述利用单轴气浮台模拟卫星姿态运动,由天线框架驱动机构实物连接组成多体卫星平面运动动力学环境下的物理仿真试验系统。

多体卫星MIMO控制及稳定裕度研究

针对两输入两输出的多体卫星系统模型,采用并矢展开设计法这一多变量频域设计技术,实现卫星本体俯仰姿态和附件指向的多输入多输出(MIMO)控制,利用Nyquist稳定判据证明系统的稳定性;在此基础上讨论卫星本体姿态控制与附件指向控制带宽的关系,然后利用回差阵奇异值法计算MIMO控制系统的稳定裕度,并分析稳定裕度计算结果的保守性,数值仿真验证了算法的有效性以及稳定裕度分析结果的正确性。

挠性多体卫星星间跟踪天线回扫运动研究

针对耦合影响较严重的天线回扫过程展开研究.首先,将柔性支撑杆等效简化为悬臂梁结构,并基于拉格朗日方程建立多体耦合动力学模型.然后从耦合动力学模型出发,分析天线回扫运动对星体姿态稳定和柔性振动的影响,并根据分析结果引入命令预处理算法,规划天线回扫指令.最后对天线回扫运动进行仿真分析,仿真结果表明命令预处理算法能够有效地减小回扫运动对星体姿态稳定和柔性振动的影响.

多体卫星天线自适应变结构驱动控制设计研究

文章针对多体卫星在动力学环境下,为了克服天线驱动时对卫星姿态产生的干扰影响,应用自适应变结构姿态控制原理给出了一种具备通常前馈补偿的姿态控制驱动器设计方法。仿真表明,该方法不但可有效地克服天线指向控制前馈补偿本身所存在的模型不确定性问题,同时也有效地减小由建模误差所致的姿态变化。

挠性多体卫星姿态动力学与控制

三轴稳定卫星挠性附件的弹性振动和刚性部件的转动与卫星的姿态运动构成耦合的强非线性系统,因此须设计有效的控制律。该文研究了采用反作用飞轮作为执行机构、带有柔性附件和刚性转动部件的整星零动量三轴稳定卫星的姿态解耦控制问题。导出了卫星的多体系统动力学方程,并给出了部分线性化的形式。进一步利用反馈线性化方法将非线性耦合系统解耦,然后对线性化的系统模型进行状态反馈解耦和极点配置。数值仿真结果表明,该文所设计的控制方法具有很高的姿态控制精度和稳定度。

卫星多轴指向姿态控制全物理仿真实验研究

具有大型天线和大面积太阳帆板的多体卫星多轴指向控制技术是航天器控制的关键技术之一,针对这一问题,设计了“前馈+变结构”方案控制卫星本体,天线指向控制根据任务要求结合本体姿态产生,形成本体与天线多轴指向控制方案。基于常用的“飞轮—喷气”执行机构模式,考虑了控制精度和喷气消耗量问题。利用带有大型挠性板与程控天线系统的单轴气浮台物理仿真实验系统,成功地进行了卫星多轴指向控制物理仿真实验,本体姿态控制精度达到0.020,天线指向精度达到0.50。该研究对多轴指向卫星控制系统设计具有实际参考价值。

挠性卫星多轴指向复合控制方案研究

针对带有多个挠性附件以及天线转动机构的多体卫星,在动力学建模与分析的基础上,设计了卫星本体与天线多轴指向复合姿态控制方案。将天线运动信息作为前馈信号补偿给卫星本体,设计了“前馈+变结构”控制方案,同时用本体姿态偏差调整天线转角,最终满足本体三轴稳定,同时天线对目标高精度定向的多轴指向要求。控制算法简单,易于工程实现。系统闭环数学仿真结果表明,卫星本体指向精度优于3×10-3deg、天线指向精度优于0.1deg。验证了控制方案的有效性。与各部分独立控制比较,复合控制能够提高卫星多轴指向精度。

基于xPC的挠性天线跟踪指向系统半物理仿真

为了实时验证具有星间链路天线的多体结构卫星星体姿态稳定和天线跟踪指向复合控制算法的有效性,借助xPC实时目标环境对某型多体结构卫星的半物理仿真(hardware-in-the-loop simulation,HILS)系统进行了开发,用xPC目标机模拟星载计算机的外部实时仿真环境,与产品级的复合控制器、天线框架驱动机构(an-tenna gimbal drive assembly,GDA)实物组成实时仿真环路。采用Simulink和Stateflow混合建模的方法实现了天线不同模式之间的切换,并用S函数对PCI总线类型的串行接口通信在xPC目标下进行了二次开发。实验结果证明了接口模型建立的正确性、复合控制系统设计的合理性以及该仿真方法的有效性。