柔性太陽帆航天器姿態(tài)動力學建模與控制技術研究.pdf

1、由于人類對外太空的探索范圍不斷擴大，具有常規(guī)的航天器已經(jīng)很難滿足深空探測任務的需求。新型的太陽帆航天器成為當下深空探測技術研究領域的一大熱點。太陽帆軌道推力的大小和方向隨著姿態(tài)的改變而變化，因此，太陽帆的姿態(tài)控制技術是保證其能夠完成探測任務的關鍵技術。太陽帆具有柔性大、慣量大的特點，利用傳統(tǒng)的姿控方法對太陽帆進行姿態(tài)控制將不能滿足任務需求，需要引入新的姿控方法對太陽帆航天器進行控制。在這種背景下，本文對帶有萬向節(jié)的太陽帆的動力學建模和姿

2、態(tài)控制技術進行了深入的研究，本文研究的主要內(nèi)容主要包含以下幾個方面：
　　首先，定義了太陽帆的姿態(tài)角，應用坐標轉換關系推導了姿態(tài)角、軌道參數(shù)與姿態(tài)四元數(shù)的關系。采用混合坐標法和虛功率原理建立方形柔性太陽帆系統(tǒng)的動力學模型。引入萬向節(jié)相對角速度，消除控制桿相對角速度的三個分量非獨立影響，應用虛功率原理推導出控制桿的動力學方程。應用模態(tài)分析法，對推導出的太陽帆帆面的振動方程實施正則化。
　　其次，針對太陽帆系統(tǒng)的姿態(tài)控制問題，本

3、文設計了兩種不同的魯棒控制器：第一種基于包含參數(shù)不確定和建模確定性的太陽帆動力學模型設計了狀態(tài)反饋控制律，第二種是基于多胞LPV模型設計了狀態(tài)反饋控制律，在LPV系統(tǒng)二次穩(wěn)定理論的基礎上，設計了基于狀態(tài)反饋的魯棒控制器，并把該控制律存在的約束條件由滿足參數(shù)依賴的LMI約束轉化為定常線性矩陣不等式約束。
　　最后，為了驗證本文設計控制器的控制器有效性除了搭建了基于上述兩種控制器以及基于PD控制器的仿真平臺，仿真結果表明本文設計的兩種