基于非线性变结构滑模控制器的薄膜航天器姿态机动控制研究

在薄膜航天器拦截非合作目标的姿态机动场景中,存在大面质比、转动惯量大导致姿态控制困难的问题,本文提出一种基于非线性变结构滑模控制器的姿态机动控制方法。首先,在薄膜航天器常用的滑块-小帆机构上增加飞轮作为协同控制机构,然后建立了考虑大气扰动力矩、飞轮摩擦力矩、转动惯量变化等因素的姿控模型;基于误差四元数和误差角速度设计了非线性变结构滑模控制器,并通过Lyapunov分析法证明了控制系统的稳定性。最后设计并搭建了一套基于气浮台的薄膜航天器地面调姿仿真实验系统。实验结果表明:本文提出的控制器可实现复杂场景下薄膜航天器的姿态机动控制,并较好地抑制了干扰带来的影响,具有较强的鲁棒性。本文工作可为大面质比、大转动惯量的航天器控制器的设计提供一种思路。