[發明專利]衛星姿態控制系統的轉動慣量確定方法

有效

• 申請號: 201410811455.1
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104503241A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 陳雪芹;胡芳芳;孫亞輝;孫瑞;李誠良;王爽;易濤;耿云海
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉及衛星姿態控制系統的轉動慣量確定方法，涉及衛星控制技術領域。

背景技術

在軌運行的衛星不可避免地存在轉動慣量的不確定，衛星轉動慣量的測量會不可避免地產生誤差，在軌運行時向陽面和背陽面環境溫度影響，也會引起轉動慣量變化，所以分析衛星轉動慣量的不確定性對衛星在軌穩定運行和機動有著非常重要的意義。而目前針對衛星轉動慣量不確定性的分析多停留在仿真驗證階段，針對給定的轉動慣量拉偏范圍，在控制器設計階段不考慮不確定性，在控制器設計完成后，通過仿真的方法來驗證所設計的控制器是否能夠在該范圍內穩定，進而調整控制器結構，缺乏嚴謹的理論依據，并且不能夠計算出閉環系統轉動慣量精度的變化范圍。基于以上問題，提供一種有理論依據的分析衛星轉動慣量不確定性的方法是非常有意義的。衛星姿態控制系統中，很大部分方法是通過仿真確定轉動慣量拉偏的范圍，缺乏理論上的指導，現有技術中沒有給出分析轉動慣量拉偏的方法。

發明內容

本發明的目的是提出一種衛星姿態控制系統的轉動慣量確定方法，以確定衛星姿態控制系統中轉動慣量的精確變化范圍。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

一種衛星姿態控制系統的轉動慣量確定方法，所述方法是基于多項式矩陣胞的衛星姿態控制系統的魯棒穩定性分析來實現的：把衛星姿態控制系統(閉環系統)中的轉動慣量不確定性表示為多項式矩陣胞的形式，然后運用魯棒穩定性分析的方法確定出轉動慣量的變化范圍。

所述基于多項式矩陣胞的衛星姿態控制系統的魯棒穩定性分析的具體過程為：

步驟一、考慮衛星的轉動慣量不確定性，并把不確定性項當做干擾來處理，建立包含不確定性的衛星姿態控制系統的狀態空間表達為：

x·(t)=Ax(t)+Bww(t)+Buu(t)]]>

z(t)＝C₁x(t)+D_zww(t)+D_zuu(t)

y(t)＝C₂x(t)

其中x(t)是衛星姿態角速度和衛星姿態角，w(t)是外界干擾、量測噪聲和轉動慣量不確定性組成的向量，u(t)是執行機構輸出控制力矩，z(t)為H_∞控制指標，是與系統輸出相關的向量，y(t)為系統輸出向量；A,B_w,B_u,C₁,D_zw,D_zu,C₂是參數矩陣(A,B_w,B_u,C₁,D_zw,D_zu,C₂體現了適當維數的矩陣，表示系數矩陣，是常量)；

步驟二、針對步驟一建立的狀態空間表達，設計如下所示的狀態反饋控制器，控制器具體結構如下：

u(t)＝K₁x(t)

其中K₁為所要求解的定常控制器參數；

步驟三，求解步驟二中的定常控制器參數：首先運用有界實引理來滿足H_∞范數的約束，另外考慮到衛星控制力矩滿足如下約束：