挠性卫星振动抑制的变结构主动控制方案及实验研究

文章从工程角度出发，以具有挠性太阳帆板的卫星为背景，着重研究了挠性空间结构的低阶模型变结构控制方案。针对卫星的“飞轮—喷气”执行机构工作模式设计了算法简单的变结构控制律，并基于单轴气浮台全物理仿真系统成功地进行了国内首次挠性结构振动主动控制实验，取得了显著的控制效果。     

卫星控制系统全物理仿真

仿真是应用相似定理和类比关系来研究事物 ,也就是用模型代替实际系统进行实验和研究。在卫星控制系统仿真中 ,根据所介入的模型的不同 ,分为数学仿真和物理仿真两类。卫星控制系统全物理仿真是研制卫星过程中特有的一种仿真方法 ,它利用气浮台作为运动模拟器 ,又称为气浮台仿真。本文主要叙述卫星控制系统全物理仿真的原理和用途 ,简要介绍单轴气浮台和三轴气浮台两个全物理仿真系统的组成、主要设备的技术指标以及卫星控制系统全物理仿真的几个实例     

多体卫星复合控制物理仿真试验系统

对于具有星间链路天线的多体卫星而言 ,进行星体姿态和天线指向复合控制的地面物理仿真试验研究是一个重要课题。本文主要叙述利用单轴气浮台模拟卫星姿态运动 ,由天线框架驱动机构 (GDA)实物连接组成的多体卫星平面运动动力学环境下的物理仿真试验系统。     

三轴气浮台挠性航天器动力学模拟方法研究

本文研究利用气浮台上的动量轮执行机构,模拟卫星上挠性附件振动产生的干扰力矩的卫星物理仿真实验方法,以克服三轴气浮台不能直接安装挠性附件进行仿真的局限性.本实验方法通过设计一个跟踪控制器,令气浮台的姿态角速度跟踪挠性卫星参考动力学,并由动量轮产生控制力矩,该力矩即是实验模拟的挠性振动干扰力矩.理论和仿真研究表明:(1)本文提出的挠性干扰力矩模拟方法可以较好地模拟低阶挠性振动干扰力矩;(2)理论上当控制器的增益参数越大,系统能够模拟的干扰力矩频率就越大,但是由于测量噪声的影响,反馈增益不能选得过大;(3)本方法模拟的干扰力矩与真实干扰力矩存在一定的相位延迟,这是由于控制器和执行机构的固有延迟造成的.通过引入超前-滞后校正网络可以有效减小延迟的影响.     

多体卫星地面物理仿真的一致性研究

三轴气浮台不能直接用于多体卫星的地面物理仿真实验,这是由于部件转动引起台体 的质心变化,进而产生重力静不平衡力矩,使仿真过程无法进行,因此需要质心补偿系统对 气浮台的重力静不平衡力矩进行补偿。本文通过对多体卫星动力学和气浮台动力学的比较, 分析了在重力场中的地面物理仿真系统与真实卫星的动力学特性的不同点,给出地面物理仿 真系统能完全模拟真实卫星运动的一致性条件,并进行了数学仿真。当转动附件的质心在转 动轴或转动中心上时,气浮台系统可以完全模拟卫星系统的质量特性和力学耦合特性,否则 ,多体气浮台系统和多体卫星系统的动力学耦合特性不完全一致,需要采取一定的方法进行 补偿。
     

挠性卫星大角度机动变结构控制的全物理仿真实验研究

以具有大面积太阳帆板的卫星大角度机动为背景，针对常用的“飞轮－喷气”执行机械模式研究了变结构控制方案，考虑了控制精度和喷气消耗量问题，并成功地进行了国内首次挠性卫星大角度机动控制的全物理仿真实验，取得了显著的效果。     

挠性卫星的变结构控制方案研究

本文以具有挠性太阳帆板的卫星为工程背景，在考虑了诸多实际因素的情况下着重研究了挠性空间结构的低阶模型变结构控制方案。基于卫星上常见的“飞轮—喷气”执行机构模式设计了算法简单的控制律，并对相应的控制系统进行了稳定性和鲁棒性分析，最后给出了数字仿真结果     

挠性卫星姿态的角动量反馈控制

利用动量交换装置的角动量测量和反馈来实现带有挠性附件卫星姿态的稳定控制是一个重要问题。为此，本文给出了角动量反馈控制器，指出了控制器参数的选取方法，分析了姿态控制误差与角动量测量误差的关系。结果表明，角动量反馈控制方法不仅能够保证姿态控制的稳定性，而且能够有效提高姿态控制的稳定性，并且对不确定挠性模态参数具有很强的鲁棒性。     

挠性航天器振动抑制的自适应方法及实验研究

挠性航天器在平衡位置的小幅度振动对航天器的姿态控制精度具有严重影响,并且难以控制。现介绍了一种带有非线性阻尼器的自适应控制方法。该方法在黄金分割自适应控制方法的基础上,通过引入振动能量阻尼项得到了比较理想的振动抑制效果。该方法能够快速地抑制挠性航天器的低频振动,并且具有很好的过渡过程品质和稳态精度。文章最后通过物理仿真对比实验验证了这种方法的有效性。在相同条件下,其振动抑制的时间较传统方法减少了70％。此外,该控制方法对航天器的挠性振动频率的变化具有很好的适应能力。     

气浮台在卫星控制系统仿真中的应用

本文叙述单轴和三轴气浮台仿真设备在卫星控制系统仿真中的应用,主要包括空间太阳望远镜高精度姿控系统单轴气浮台物理仿真试验研究、大型卫星平台单框架控制力矩陀螺(CGCMG)控制系统三轴气浮台物理仿真试验研究、东方红四号卫星控制系统全物理仿真试验.     

挠性仿真台的动力学与控制

本文以挠性单轴气浮台为对象，讨论了其动力学模型的建立，并采用现代控制理论，对其进行了系统最优控制的设计，给出的仿真结果证明了本方法的有效性。     

挠性结构卫星单轴气浮台的模糊控制

将在线变动模糊划分的模糊控制应用在挠性结构卫星单轴气浮台全物理仿真实验中，实现挠性结构的大角度机动控制，获得了机动性能好、稳态精度高的结果。在模糊控制中，模糊集合的划分在控制过程中在线变动，自动确定模糊集合隶属函数的参数，需人工设置的控制器参数很少，只需调整一个控制能量分配参数，易于应用到实际控制过程中。     

大型挠性空间结构的变结构控制

本文从ＬＦＳＳ的相对阶为２的特点出发设计了用于ＬＦＳＳ的镇定控制的变结构控制器,从而避免了主导极点的选择（模态截断）,解决了“控制溢出”问题。以太阳帆板展开过程中航天器姿态控制为例,作了计算机仿真。     

带柔性伸杆小卫星振动控制的半物理仿真实验

在空间探测任务中,为了避免卫星平台剩磁对空间待测信息的干扰影响,需采用轻质的伸杆机构支撑各类探测载荷远离卫星本体,而伸杆的弹性振动不可避免地会耦合作用到卫星本体,从而降低卫星本体的姿态控制精度和稳定度。针对此问题,提出了一种基于伸杆最优指令整形结合本体自适应扰动抑制滤波器的复合振动控制策略,即采用指令整形技术抑制柔性伸杆的弹性振动,同时设计自适应扰动抑制滤波器进一步抵消柔性伸杆残余振动对本体的干扰影响,最后在搭建的半物理仿真实验平台上对控制方法进行了实验验证。结果表明：此方法在有效抑制柔性伸杆残余振动的基础上,通过干扰抵消和抑制的控制策略可显著提高此类航天器的姿态控制精度和稳定度。