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1、第30卷2013年第2期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章編號(hào)：1006—1630(2013)01—0001—06基于自適應(yīng)模糊滑模的衛(wèi)星姿態(tài)控制方法張大偉，程衛(wèi)強(qiáng)(上海衛(wèi)星工程研究所，上海200240)摘要：研究了對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的非線性姿態(tài)控制方法。建立了對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星基于四元數(shù)的誤差姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程。設(shè)計(jì)滑模變量，用滑模變結(jié)構(gòu)控制保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對(duì)強(qiáng)干擾的魯棒性，用自適應(yīng)模糊系統(tǒng)消除滑?？刂浦泄逃械目刂谱兞慷墩?。用非自治系統(tǒng)的Lyapunov穩(wěn)定性理論分析證明了設(shè)計(jì)的閉環(huán)系統(tǒng)為一致漸進(jìn)穩(wěn)定。數(shù)值仿真結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的控制方法在大角度姿態(tài)隨
2、動(dòng)和受較大時(shí)變干擾力矩作用時(shí)均有良好的控制效果。關(guān)鍵詞：航天器姿態(tài)控制；對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星；自適應(yīng)模糊滑?？刂?；噴氣推力器中圖分類號(hào)：V448．22文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ASatelliteAttitudeControlBasedonAdaptiveFuzzySlidingModeZHANGDa—wei，CHENGWei—qiang(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai，200240，China)Abstract：Thenonlinearattitudecontrolofanearthobservationsatelli
3、tewasstudiedinthispaper．Theerrorkinematicsbasedonquaternionanddynamicswereestablishedfortheearthobservationsatellite．Theslidingsurface，basedtheideaofvariablestructurecontrolwithslidingsurface，wasdesignedforensuringsystemstabilityandrobustforstrongdisturbance．Theadaptivefuzzysystemwasa
4、ppliedforeliminatingthechatteringofthestatevariablescausedbytheslidingsurfacecontr01．ThestabilityoftheclosedloopsystemwiththedesignedcontrolmethodwasprovedtobeuniformlygraduallystablebyLyapunovtheory．Thesimulationresultsshowedthatthedesignedcontrolmethodwouldhaveanicereffectfortwoinst
5、ancesoftheattitudefollowinganddisturbedbygreattime-varyingmoment．Keywords：Attitudecontrolofspacecraft；Earthobservationsatellite；Adaptivefuzzyslidingmodecontrol；Whiffthruster0‘引言在軌運(yùn)行衛(wèi)星一般承擔(dān)特定的空間探測(cè)、開發(fā)和利用空間任務(wù)，對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)控制提出了各種要求，其中主要包括姿態(tài)穩(wěn)定和姿態(tài)機(jī)動(dòng)兩大類，其目的是通過控制作用克服干擾以消除由姿態(tài)測(cè)量給出的實(shí)際姿態(tài)與期望姿態(tài)的偏差口]。對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)
6、星在軌運(yùn)行和對(duì)地觀測(cè)過程中，要求其能實(shí)現(xiàn)對(duì)地定向和大角度姿態(tài)機(jī)動(dòng)等任務(wù)，且應(yīng)具一定的抗干擾能力，這對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制能力提出了較嚴(yán)收稿日期：201I-10—18；修回日期：2012—04—24作者筒介：張大偉(1980一)，男，博士，工程師，主要研究方向?yàn)楹教炱髯塑壙卦O(shè)計(jì)、非線性控制與智能控制。格的要求。在衛(wèi)星姿態(tài)控制研究中，控制方法與研究角度多樣，典型的如古典控制方法、基于自適應(yīng)理論的控制方法、非線性姿態(tài)控制方法、集成能量與姿態(tài)控制方法、姿態(tài)大角度機(jī)動(dòng)控制方法等瞳。]。從實(shí)際出發(fā)，考慮姿態(tài)控制中較惡劣的工況，如對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星可能需配合觀測(cè)載荷機(jī)構(gòu)作大角度姿態(tài)
7、變動(dòng)，或在軌道機(jī)動(dòng)過程中作用力與質(zhì)心的偏差帶來較大的時(shí)變干擾力矩，即需同時(shí)滿足大角度姿態(tài)變動(dòng)與抗干擾的魯棒性，目前對(duì)此的姿態(tài)控制研究成果還較少。針對(duì)上述對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星在軌姿態(tài)變化的要求，本文基于滑模變結(jié)構(gòu)控制與自適應(yīng)模糊系統(tǒng)，對(duì)一種自適應(yīng)模糊滑模姿態(tài)控制方法設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。上海航天AEROSPACESHANGHAI第30卷2013年第2期1航天器運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)時(shí)，要求其本體坐標(biāo)系相對(duì)軌道坐標(biāo)系有相對(duì)靜止與不變性，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方程應(yīng)選擇本體系相對(duì)軌道系的誤差姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，坐標(biāo)系應(yīng)主要采用地心慣性系0i—z．yi蜀、軌道坐標(biāo)系0。一z。Y。z。
8、，以及本體
