衛(wèi)星姿態(tài)的磁控制方法研究.pdf

1、由于具備了“更快、更好、更省”等優(yōu)點(diǎn)，近年來小衛(wèi)星的研究受到了世界各國的高度重視，成為航天發(fā)展的一個重要方向。另一方面，由于磁力矩器具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、功耗低、成本低等特性，直接使用磁力矩器對小衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)控制也成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本文就對三軸穩(wěn)定小衛(wèi)星的姿態(tài)磁控制方法進(jìn)行了研究。
　　與傳統(tǒng)控制器不同的是，磁控制力矩受地磁場限制，只能在與地磁場正交平面內(nèi)產(chǎn)生，即系統(tǒng)在任意時刻都是不完全可控的，致使姿態(tài)磁控制沒能在實(shí)際中得到廣泛

2、應(yīng)用。本文則考慮了磁控制力矩產(chǎn)生的方向性約束和所受到的空間干擾力矩，建立了磁控小衛(wèi)星的系統(tǒng)模型，分別針對不同飛行任務(wù)設(shè)計了四種磁控制律，并對它們進(jìn)行了數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證和結(jié)果分析對比。
　　首先，本文在研究了周期線性系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上，針對衛(wèi)星的周期線性系統(tǒng)模型，基于LQR方法設(shè)計了周期時變控制律并通過數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證了其控制性能；接著為了減少計算量，同樣基于LQR方法設(shè)計了定常增益反饋控制器，并利用周期系統(tǒng)的Floquet定理對其穩(wěn)定性進(jìn)行

3、了分析，仿真結(jié)果同樣表明了該控制器的有效性和實(shí)用性。
　　為了增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，本文結(jié)合預(yù)測控制中的在線滾動優(yōu)化原理，針對衛(wèi)星的離散系統(tǒng)模型，設(shè)計了控制力矩受地磁場線性約束時的預(yù)測控制律，并分析了其穩(wěn)定性。數(shù)學(xué)仿真表明了該控制算法有著穩(wěn)態(tài)精度高，干擾抑制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　考慮衛(wèi)星在完成姿態(tài)機(jī)動任務(wù)時的強(qiáng)非線性，本文最后研究了滑模控制在衛(wèi)星姿態(tài)磁控制中的應(yīng)用。通過研究滑模控制原理和周期非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性定理，針對衛(wèi)星的非線性系