飞轮转速过零时卫星姿态非线性控制.pdfVIP

年 月 中 国 空 间 科 学 技 术 3449 94 39 第 ! 期 #$%’(’()*#’(#%’#’*+ ,’#$-.-/0 飞轮转速过零时卫星姿态的非线性控制 费从宇 李英堂 上海卫星工程研究所 上海 1 2 3443546 摘要 当飞轮转速过零时 摩擦力矩发生非线性变化 控制作用力矩出现不 2 2 确定性 从而影响卫星的姿态控制性能 文章基于一种具有鲁棒性的非线性控制 2 7 方法 发展了简单 可靠和稳定的非线性反馈控制律 仿真实例表明 该方法能 2 8 7 2 够有效地抑制反作用飞轮转速过零时引起的姿态扰动 从而实现高精度的卫星姿 2 态控制7 主题词 姿态控制 反作用飞轮 非线性控制 卫星 9 问题的提出 当反作用飞轮转速过零时 转速方向发生变化 飞轮轮体与转轴之间的摩擦力矩随之 2 2 反向 此时飞轮无法输出准确的控制力矩 进而影响卫星的姿态控制性能 2 2 7 不考虑飞轮转速饱和现象 则反作用飞轮的控制力矩可表示为 2 : ; : = : ?:?@ : 196 ABC 式中 是飞轮的输出力矩 是飞轮的最大输出力矩 是飞轮的摩擦力矩 并有 : D: D: 2 ABC : ; : FGH1I6 E4 其中 : 为飞轮的静摩擦力矩DI为飞轮转速7 E4 可以看出 在飞轮转速过零瞬时 摩擦力矩将发生非线性阶跃跳变 引起控制输入力 2 2 2 矩的不确定 从而影响卫星的姿态控制性能 为此 本文依据一种非线性控制方法J923K 设 2 7 2 2 计了简单 有效和可靠的反馈控制律 实现了较高精度的卫星姿态控制 通过分析和对某 8 2 7 型卫星的仿真计算 表明这种非线性控制律在改进姿态控制性能和增强控制鲁棒性上的有 2 效性7 3 控制方法 3L9 控制方程 对于零动量卫星 在忽略星体惯量积影响时 系统的动力学方程可近似写作JMK