偏置動量輪控衛(wèi)星姿態(tài)控制

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1、維普資訊http://www.cqvip.com2007年11月控制工程Nov．2007第14卷第6期ContmlEngineeringofChinaVo1．14，No．6文章編號：1671-7848(2007)06—0569—03偏置動量輪控衛(wèi)星姿態(tài)控制呂建婷，馬廣富，宋斌(哈爾濱工業(yè)大學控制科學與工程系，黑龍江哈爾濱150001)摘要：研究了輪控的三軸穩(wěn)定的偏置動量衛(wèi)星姿態(tài)控制問題。衛(wèi)星的俯仰回路采用偏置動量輪，滾動／偏航軸上各安裝一個反作用飛輪來完成姿態(tài)控制。小姿態(tài)角下俯仰回路可以單獨設計，利用測量的俯仰角來

2、實現(xiàn)其姿態(tài)控制；滾動／偏航回路利用滾動信息，采用基于偏航觀測器的滑?？刂破髟O計。磁力矩器提供的磁矩與地磁場作用產生的力矩實現(xiàn)了飛輪的動量卸載。對衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)進行的仿真研究結果表明，所設計的控制方案在飛輪輸出力矩工作范圍內，可使衛(wèi)星達到很高的姿態(tài)控制精度。關鍵詞：姿態(tài)控制；偏置動量；偏航觀測器；滑?？刂浦袌D分類號：V448、2文獻標識碼：AAttitudeControlforMomentumBiasedSatelliteswithWheelsLVJian-ting，MAGuang-fu，SONGBin(Depar

3、tmentofControlScienceandEngineering，HarbinUniversityof"Technology，Harbin150001，China)Abstract：Thepm~emsofthecontrollerdesignforathreeaxisstabilizedmomentum—biasedsatellitewithwheelsarestudied．Thepitch-loopcontrolisachievedbyabiasedmomentumwhee1．Theroll／yawlopc

4、ontrolisachievedthroughtworeactionwheelsequippedalongtheprinci—palaxes．Thepitchcontrolisattainedbythemeasurementofthepitchangle．Theroll／yawlopdesigniscomposedoftwopartsofaslidingmodecontrollerbasedonyawobserverandawheeldecouplingfunction．Magnetictorquerodsgene

5、ratemagneticdipolemomen~whoseinterae—tionwiththeEarth’Smagneticfieldcouldproducethemagnetictorquesnecessarytoremovetheexcessmomentumofwheels．Numericalsimula—tionresultshowsthatthecontrolschemecouldachievehighpointingaccuracywithintheoperatingrangeofwheeltorque

6、s．Keywords：attitudecontrol；biasmomentum；yawobserver；slidingmodecontrol1引言g=l控制系統(tǒng)設計中'。2衛(wèi)星模型姿態(tài)控制系統(tǒng)是衛(wèi)星控制中重要的子系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設計是衛(wèi)星能否準確地按給定姿態(tài)運行的關在3．1．2旋轉順序下，衛(wèi)星的運動學方程為鍵。近年來偏置動量控制的姿態(tài)控制方案被廣泛采l∞l『~COS0一e0ssin]用¨。；同時，為滿足高精度的要求，許多工程設∞=lI=l0+kV'sinq~I—計人員采用飛輪作為衛(wèi)星的執(zhí)行機構J。L∞：_jLe0se

7、0s+sin0-l由于偏置動量衛(wèi)星可以不用偏航敏感器，僅根『∞sinsin0sinq~c0s]據(jù)滾動和俯仰姿態(tài)信息，就能實現(xiàn)三軸穩(wěn)定。本文∞ole0se0sI(1)在三軸輪控的前提下，提出了一種基于偏航觀測器sin0sin一e。s0sine。sJ的姿態(tài)控制方案。其中，俯仰回路采用偏置動量控式中，∞，∞，∞為本體坐標系相對地心慣性坐標制，偏置動量輪安裝在俯仰軸負方向，通過PID控系的旋轉角速度在本體坐標系上的投影分量；，制設計出偏置動量輪的控制規(guī)律j。滾動／偏航回，分別為滾動、俯仰和偏航姿態(tài)角；O)0為軌道路采用滑動

8、模態(tài)變結構控制，其控制命令用測量的角速度。滾動角信息及其觀測出的偏航角來構造。滑模變結由動量矩定理可得衛(wèi)星動力學方程為構控制具有不依賴于外部擾動和內部參數(shù)變動的優(yōu)-D+∞×(D+h)=一h+T(2)點，主要思想是設計適當?shù)那袚Q函數(shù)和變結構控制式中，，為衛(wèi)星慣量矩陣；T為除飛輪外的控制力規(guī)律，保證系統(tǒng)在有限時間內到達切換流形，進而矩和對飛輪進行卸載的卸載力矩以