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从第一颗卫星成功发射,到如今卫星具有复杂的结构、强大的功能来执行特定的任务,卫星技术得到了迅猛的发展,这对卫星的姿态控制也提出更高的要求。为了自身或任务需要,现代卫星往往携带挠性附件,并且这些附件的体积、质量相比卫星刚体呈越来越大的趋势。由于挠性附件与卫星刚体存在强耦合,挠性附件受到不确定性干扰后将严重影响整星系统姿态控制的效果和品质。大挠性卫星姿态控制已引起研究人员的重视,现有的研究大都针对外部扰动不确定性、质量特性不确定性等,对振动频率不确定性和模型的末建模动态的鲁棒控制问题的研究相对较少。本文正是研究了一类挠性卫星的频率模态不确定性鲁棒控制问题。
首先,本文针对强耦合、非线性挠性卫星系统建立了其线性化数学模型。并在此基础上,研究了频率不确定性的处理问题,将具有非线性相关特性的频率摄动问题转化为线性的、非相关的参数摄动问题,为之后的鲁棒控制器设计带来了方便。
其次,本文研究了具有非线性相关的振动频率参数摄动的挠性卫星鲁棒控制器设计方法。基于二次稳定的概念,本文给出了一类挠性卫星具有非线性相关的参数摄动鲁棒控制的充分条件及输出反馈控制器设计方法,仿真结果验证了所给方法的有效性,并满足了工程技术要求指标。
再次,本文研究了高阶模态这类未建模动态对系统的影响,将高阶模态视为扰动,重新建立模型,讨论了H∞控制器对这类未建模动态扰动的抑制能力,通过仿真实验,寻找最优的干扰抑制水平γ,来评估高阶模态这类未建模动态对系统影响。同时,针对含频率及模态不确定性问题,本文设计了输出反馈控制器,并通过仿真实验,验证了控制器的可行性。
最后,为汇总本文中的仿真实验,再现仿真过程,本文开发了一款卫星仿真界面软件。