柔性太陽帆航天器姿態(tài)動力學(xué)建模與控制技術(shù)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(wù)的需求。新型的太陽帆航天器成為當(dāng)下深空探測技術(shù)研究領(lǐng)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(shù)是保證其能夠完成探測任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。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(jìn)行姿態(tài)控制將不能滿足任務(wù)需求，需要引入新的姿控方法對太陽帆航天器進(jìn)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(xué)建模和姿

2、態(tài)控制技術(shù)進(jìn)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(yīng)用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系推導(dǎo)了姿態(tài)角、軌道參數(shù)與姿態(tài)四元數(shù)的關(guān)系。采用混合坐標(biāo)法和虛功率原理建立方形柔性太陽帆系統(tǒng)的動力學(xué)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(yīng)用虛功率原理推導(dǎo)出控制桿的動力學(xué)方程。應(yīng)用模態(tài)分析法，對推導(dǎo)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(shè)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(xué)模型設(shè)計了狀態(tài)反饋控制律，第二種是基于多胞LPV模型設(shè)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(chǔ)上，設(shè)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(zhuǎn)化為定常線性矩陣不等式約束。
　　最后，為了驗證本文設(shè)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(jié)果表明本文設(shè)計的兩種