一种挠性深耦合动态下航天器输出反馈姿态指向控制方法
摘要文本
本发明涉及一种挠性深耦合动态下航天器输出反馈姿态指向控制方法，属于航天器控制领域，针对挠性振动干扰等多源复合干扰下挠性航天器姿态指向控制系统，首先，基于挠性航天器的姿态运动学与动力学方程，表征挠性振动干扰与姿态向量、控制输入之间的深耦合动态关系，建立挠性航天器深耦合姿态动力学模型；其次，基于量测信息设计精细干扰观测器完成对航天器姿态向量与挠性振动干扰的实时估计，并完成精细干扰观测器增益矩阵的求解；最后，基于精细干扰观测器的输出信息设计输出反馈姿态指向控制器，实现对挠性振动干扰的补偿以及对环境干扰力矩的抑制。本发明具有干扰表征精细、控制精度高等优点，可用于挠性航天器高精度姿态指向控制。
申请人信息
- 申请人:北京航空航天大学
- 申请人地址:100191 北京市海淀区学院路37号
- 发明人: 北京航空航天大学
专利详细信息
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 专利名称 | 一种挠性深耦合动态下航天器输出反馈姿态指向控制方法 |
| 专利类型 | 发明授权 |
| 申请号 | CN202311635163.2 |
| 申请日 | 2023/12/1 |
| 公告号 | CN117406785B |
| 公开日 | 2024/3/19 |
| IPC主分类号 | G05D1/46 |
| 权利人 | 北京航空航天大学 |
| 发明人 | 朱玉凯; 滕昊; 孟岩; 郭雷 |
| 地址 | 北京市海淀区学院路37号 |
专利主权项内容
1.一种挠性深耦合动态下航天器输出反馈姿态指向控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、基于挠性航天器的姿态运动学与动力学方程，表征挠性振动干扰与姿态向量、控制输入之间的深耦合动态关系，建立挠性航天器深耦合姿态动力学模型；在小角度情形下，采用欧拉角方法描述挠性航天器的姿态运动学，并建立挠性航天器的姿态运动学与动力学方程；挠性航天器的姿态运动学与动力学方程以及量测方程表示为：
，其中，表示航天器的姿态向量，/>表示姿态向量/>的一阶时间导数；表示挠性振动干扰，/>表示刚柔耦合矩阵，/>表示挠性部件的模态位移，/>表示/>的一阶时间导数，/>与/>分别表示挠性部件的阻尼矩阵与刚度矩阵；/>表示包含重力梯度力矩以及环境干扰力矩在内的剩余干扰，/>表示控制输入，/>为姿态敏感器的量测输出；/>、/>与/>为已知的系数矩阵；/>为姿态敏感器安装构型相关的已知矩阵；基于挠性振动干扰的模态动力学方程，通过揭示挠性振动干扰与姿态向量、控制输入的深耦合动态关系，将挠性振动干扰表征为外部模型的形式；将挠性振动干扰的外部模型、航天器姿态运动学与动力学方程、量测方程相结合，得到挠性航天器深耦合姿态动力学模型为：
，其中，为模态位移/>及其一阶时间导数/>组成的矢量，上标“T”表示转置运算；/>表示/>的一阶时间导数；/>、/>、/>和/>为已知的系数矩阵；，/>，/>表示3行/>列的零矩阵，/>与/>分别表示/>行/>列的零矩阵与单位矩阵；/>为模态位移/>的维数；步骤2、基于量测信息设计精细干扰观测器完成对挠性航天器的姿态向量与挠性振动干扰的实时估计，并完成精细干扰观测器增益矩阵的求解；基于量测信息设计如下精细干扰观测器：
，其中，、/>与/>分别表示航天器的姿态向量/>、模态位移/>及其一阶时间导数/>组成的矢量/>与挠性振动干扰/>的估计值，/>与/>分别表示/>与/>的一阶时间导数，/>表示精细干扰观测器的增益矩阵，/>表示量测输出/>的估计值；根据挠性航天器深耦合姿态动力学模型与精细干扰观测器，得到精细干扰观测器的估计误差动态；采用极点配置的方法使估计误差动态的特征值均为负，完成对精细干扰观测器的增益矩阵的求解；步骤3、基于精细干扰观测器的输出信息设计输出反馈姿态指向控制器，实现对挠性振动干扰的补偿以及对环境干扰力矩的抑制。