三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)機動的時間最優(yōu)控制.pdf

1、科技高度發(fā)展,人類航天技術(shù)不斷進步的今天,衛(wèi)星已經(jīng)深入的應(yīng)用到我們生活中的各個領(lǐng)域。在衛(wèi)星執(zhí)行災(zāi)難預(yù)警、科學(xué)探測以及軍事應(yīng)用等任務(wù)時,經(jīng)常要求衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)目刂屏?使得衛(wèi)星在最短的時間內(nèi)從當(dāng)前姿態(tài)機動到給定期望姿態(tài),這是一個典型的最優(yōu)控制問題,但由于衛(wèi)星動力學(xué)和運動學(xué)方程的非線性及耦合,使得采用傳統(tǒng)方法求解十分困難。針對這一問題,本文做了深入的研究與系統(tǒng)的仿真驗證。
　　首先,在衛(wèi)星姿態(tài)諸多描述方法中,選擇了不存在奇

2、異問題并且便于數(shù)值算法求解的修正羅德里格參數(shù)法描述衛(wèi)星的姿態(tài)運動,給出了三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)機動時間最優(yōu)控制問題的完整數(shù)學(xué)描述。針對三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)機動時間最優(yōu)控制問題無法采用傳統(tǒng)的變分法或極小值原理求解的問題,分別采用兩種數(shù)值解法,給出了時間最優(yōu)姿態(tài)機動問題的數(shù)值解。一種是直接離散化后采用遺傳算法求解,一種是Gauss偽譜法求解,對兩種解法都進行了數(shù)值求解和驗證,并對結(jié)果進行了分析,說明了時間最優(yōu)解的特性。
　　其次,將兩種最優(yōu)控制

3、解法與衛(wèi)星工程實際聯(lián)系起來,針對在衛(wèi)星工程實際中可能存在的角速度約束與角度約束情況,求解得到了滿足狀態(tài)約束的最優(yōu)控制。其中,重點研究了在衛(wèi)星執(zhí)行機構(gòu)存在冗余的情況下,對時間最優(yōu)控制的求解帶來的影響,通過改寫衛(wèi)星姿態(tài)運動方程,成功求解得到了幾種典型執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)型情況下,衛(wèi)星姿態(tài)機動時間最優(yōu)控制的最優(yōu)控制及最優(yōu)軌跡,結(jié)果表明,在多執(zhí)行機構(gòu)復(fù)雜的力矩空間約束下,時間最優(yōu)控制在力矩空間頂點之間切換。
　　最后,考慮衛(wèi)星工程環(huán)境中可能存在的常