微小卫星联合执行机构的递阶饱和姿态控制方法

随着航天飞行任务复杂程度的提高,微小卫星姿态控制系统对实现大角度姿态机动的快速性及稳定性有着较高的要求。考虑到在实际大角度姿态机动过程中力矩饱和及角速度限制的因素,提出了基于欧拉轴转动的递阶饱和模糊PD姿态控制律,同时采用喷气推力器和反作用飞轮作为联合执行机构为微小卫星姿态机动提供大且精确的控制力矩。与传统PD控制律相比,模糊PD姿态控制系统的未知参数可在线自动整定。数学仿真结果表明,基于欧拉轴转动的递阶饱和模糊PD姿态控制系统能够在125 s内实现50.2°的大角度机动,稳定误差能够控制在0.002°之内。与传统PD控制律相比,此方法具有更高的精度及稳定性。

轮控小卫星姿态大角度机动递阶饱和控制器设计

针对采用反作用飞轮的小卫星姿态大角度机动控制,在反作用轮输出力矩受限、速率饱和的约束条件下,采用递阶饱和方法,即限制卫星每次姿态机动的最大偏差,对姿态偏差进行逐次消除。在毋需获知最优机动轨迹规划的情况下,可用于卫星任意时刻的姿态捕获和机动控制。数学仿真结果表明,本文设计的控制算法能够实现快速姿态机动任务,具有良好的鲁棒性。

小卫星模型独立大角度姿态机动半实物仿真

提出了仅用反作用轮的小卫星姿态大角度机动控制算法,针对反作用轮输出力矩受限和速率饱和的约束,采用递阶饱和思想使星体沿欧拉轴逐步逼近目标位置。文中设计的快速机动控制器,无需知道系统精确模型,即可实现卫星任意时刻的姿态捕获和机动控制,并采用dSPACE实时仿真系统、反作用飞轮实物、光纤陀螺实物和星载机,在单轴气浮台上进行了半实物仿真验证。仿真结果表明,在系统模型不确定时,设计的控制算法能够实现快速姿态机动任务,有良好的鲁棒性。

基于双目视觉的非合作目标逼近控制系统设计与仿真

主要研究空间非合作目标近距离逼近过程的控制系统设计与仿真问题.针对采用双目视觉敏感器实现对非合作目标的观测情况,提出一种考虑成像误差的目标位置矢量计算方法,有效保证目标位置解算的可行性.在主星视线坐标系下,分别考虑逼近过程的最大相对速度约束、控制推力和力矩约束,设计了基于非线性项解耦的递阶饱和PID形式的近距离逼近位置控制律和姿态控制律,并在逼近过程中设置停泊点以确保与目标无碰撞.最后对典型航天器非合作目标抓捕任务进行了数学仿真,仿真结果表明所提出的方法可在满足各种约束的情况下有效实现任意方向的空间非合作目标的抓捕任务.

转速和控制力矩受限下模型独立的航天器拟欧拉姿态机动

刚性航天器的初始姿态捕获,要求在敏感器和执行机构物理限制范围内,尽快从任意初始状态机动到角速度要求为零的指定状态.根据递阶饱和控制逻辑,设计了一种适用于转速和控制力矩均受限的模型独立的非线性反馈控制规律.给出了该拟欧拉轴旋转控制算法的数学仿真,仿真结果表明该算法有效可靠.

基于改进迭代学习的参数不确定卫星姿态控制

针对卫星运行时存在的诸如在轨组装升级后的卫星转动惯量变化较大且难以确定等问题,提出一种基于改进预测迭代学习控制的姿态敏捷机动控制方法。首先,以改进递阶饱和控制作为反馈控制器,实现原系统的稳定。其次,加入改进预测迭代学习控制作为前馈控制器,提高系统动态性能、鲁棒性与敏捷性。然后,采用基于混合执行机构的零运动操纵律提供高精度大力矩,并解决控制力矩陀螺奇异和飞轮饱和问题。最后,通过仿真证明所提控制器的优越性。

小卫星对上面级定向的姿控设计与验证

文章针对小卫星对上面级的快速定向问题,设计了小卫星对上面级定向的姿控方案,设计了基于陀螺的4阶龙格库塔积分算法与递阶饱和PD控制算法,首先通过数学仿真初步验证了姿控方案、姿控算法设计的正确性;在此基础上,搭建了小卫星姿控系统半实物仿真平台,并开发了相应的仿真软件,进行了飞轮开环跟踪与飞轮闭环跟踪的小卫星姿控系统半实物仿真,进一步验证了姿控方案、姿控算法设计的正确性;最后经过飞行试验,根据实际飞行结果,证明了姿控系统设计的正确性。