[發(fā)明專利]一種無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干擾濾波方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610195609.8
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105629986B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設計）人: 郭雷;遲偉杰;喬建忠;朱玉凱;李文碩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

1.一種無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干擾濾波方法，其特征在于包括以下步驟：首先，建立含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型；其次，建立外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學模型；再次，設計針對無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干擾濾波器；最后，設計最優(yōu)控制器，進行反饋控制；具體步驟如下：

(1)建立含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型：

$\stackrel{\·}{x}\left(t\right)=Mx\left(t\right)+N\[u\left(t\right)+w\left(t\right)+d\left(t\right)+d_J\left(t\right)\]$

y(t)＝Hx(t)+v(t)

其中，x(t)為含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型的狀態(tài)變量，y(t)為含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型的輸出變量，系數(shù)矩陣H＝[I_3×3 0_3×3]，無拖曳衛(wèi)星的標稱轉(zhuǎn)動慣量矩陣J₀＝diag{J_0x,J_0y,J_0z}，ω₀為軌道角速度，u(t)為無拖曳衛(wèi)星所受到的控制力矩，d(t)為無拖曳衛(wèi)星所受到的外部環(huán)境干擾力矩，d_J(t)為慣量不確定性帶來的等價干擾，w(t)和v(t)分別表示無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的執(zhí)行機構(gòu)噪聲和量測噪聲；

(2)建立外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學模型：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}\left(t\right)=P\mathrm{\ψ}\left(t\right)+\mathrm{\ξ}\left(t\right)\\ d\left(t\right)=Q\mathrm{\ψ}\left(t\right)\end{array}\right.$

其中，ψ(t)為外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學模型的狀態(tài)變量，P和Q為系數(shù)矩陣，ξ(t)為模型不確定性項；

(3)建立增廣的含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\stackrel{\‾}{x}}\left(t\right)=\stackrel{\‾}{M}\stackrel{\‾}{x}\left(t\right)+\stackrel{\‾}{N}\[u\left(t\right)+w\left(t\right)+d\left(t\right)+d_J\left(t\right)\]+\stackrel{\‾}{G}\mathrm{\ξ}\left(t\right)\\ \stackrel{\‾}{y}\left(t\right)=\stackrel{\‾}{H}\stackrel{\‾}{x}\left(t\right)+v\left(t\right)\end{array}\right.$

其中，系數(shù)矩陣

(4)設計針對無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干擾濾波器：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\widehat{\stackrel{\‾}{x}}}\left(t\right)=\stackrel{\‾}{M}\widehat{\stackrel{\‾}{x}}\left(t\right)+\stackrel{\‾}{N}u\left(t\right)+K\[\stackrel{\‾}{y}\left(t\right)-\widehat{\stackrel{\‾}{y}}\left(t\right)\]\\ \widehat{\stackrel{\‾}{y}}\left(t\right)=\stackrel{\‾}{H}\widehat{\stackrel{\‾}{x}}\left(t\right)\end{array}\right.$

其中，為的估計值，為的估計值，K為針對無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干擾濾波器的增益矩陣；

(5)設計最優(yōu)控制器，進行反饋控制：

$u\left(t\right)=L\hat{x}\left(t\right)-Q\widehat{\mathrm{\ψ}}\left(t\right)$

其中，L為最優(yōu)控制器的增益矩陣，為含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型狀態(tài)變量x(t)的估計值，為外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學模型狀態(tài)變量ψ(t)的估計值，V為對稱正定矩陣，即V＝V^T>0，未知矩陣S為下列Riccati方程的解：

$S\stackrel{\‾}{M}+{\stackrel{\‾}{M}}^{T}S-S\stackrel{\‾}{N}{V}^{-1}\stackrel{\‾}{N}S+W=0$

其中，W為對稱半正定矩陣，即W＝W^T≥0。