[發明專利]一種多通道線性自抗擾控制器的設計方法有效
| 申請號： | 201710047240.0 | 申請日： | 2017-01-22 |
| 公開（公告）號： | CN106873611B | 公開（公告）日： | 2019-10-29 |
| 發明（設計）人： | 李迎杰;金磊 | 申請（專利權）人： | 北京航空航天大學 |
| 主分類號： | G05D1/08 | 分類號： | G05D1/08 |
| 代理公司： | 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232 | 代理人： | 王順榮;唐愛華 |
| 地址： | 100191*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 通道 線性 控制器 設計 方法 | ||
1.一種多通道的線性自抗擾控制器的設計方法，特征在于：該方法步驟如下：
步驟一：重寫撓性航天器的動力學與運動學方程，得到適合于自抗擾控制器設計的形式；基于歐拉角描述的航天器運動學方程寫為：
其中，θ和ψ分別代表航天器的滾動角、俯仰角以及偏航角，ωb＝[ωx ωy ωz]T是本體坐標系相對于慣性系的角速度在本體系下表示的分量列陣，為歐拉角角速度列陣，ω0是軌道角速度，
假設忽略中心剛體的平動，不考慮撓性附件的轉動，那么以五棱錐構型的單框架控制力矩陀螺群SGCMGs為執行機構的撓性航天器的動力學模型表示為：
其中，Is∈R3×3為加入執行機構后整個系統的轉動慣量矩陣；Iws為陀螺在轉子軸上的轉動慣量；F∈R3×N為撓性附件對中心剛體的柔性耦合系數矩陣；η∈RN是模態坐標向量；Tc∈R3是SGCMGs作用于中心剛體的控制力矩；Td∈R3為環境干擾力矩；As＝[s1 s2 … s6]T，At＝[t1t2 … t6]T，其中si和ti分別表示為第i個SGCMGs的框架坐標系fci的各方向矢量在fb中的分離列陣；其中，i＝1,2,3,…,6；Ω＝[Ω1 Ω2 … Ω6]T為轉子轉速向量；Λ＝diag(Λi)為附件的模態頻率對角陣，ξ＝diag(ξi)是附件的模態阻尼矩陣，N為彈性模態的階數；為一個反對稱矩陣，其中，i＝1,2,…,N；
為得到適合于自抗擾控制器設計的動力學模型，將撓性附件的振動與中心剛體的耦合視作系統的內部擾動，得到
對動力學與運動學方程進行簡化處理得到如下的適合與擴張狀態觀測器設計的二階系統形式：
其中，為陀螺輸出力矩的系數矩陣，是姿態角的時變矩陣，假設初始狀態航天器處于平衡狀態，則B的初始值B0＝(Is-FFT)-1，f為包含系數矩陣B的不確定度的總內外干擾項；
步驟二：設計一個三階線性擴張狀態觀測器LESO，估計系統狀態量以及總的內外干擾項；
式(7)看作一個二階非線性系統的狀態方程，令X1＝θ，將f視為系統的“擴張狀態”，則系統等價于
其中為未知干擾量，X1和U＝B0Tc為LESO的輸入，Y為輸出；LESO的觀測方程為
其中，Z1,Z2，Z3分別為X1，X2，X3的估計值，β01，β02，β03稱為觀測器的增益參數對角陣，當參數選擇合適，即LESO穩定時，三個狀態量將會有如下的收斂關系：
Z1→X1，Z2→X2，Z3→f (10)
步驟三：利用觀測器估計出來的廣義擾動設計多通道線性自抗擾控制器；
對系統(7)進行動態補償反饋，令U＝B0Tc＝U0-Z3，原系統就被反饋線性化為雙積分系統
對這樣的雙積分系統設計如下的PD控制器
其中，分別為期望的姿態角和期望的姿態角速度列向量，Kp＝diag{kp1 kp2 kp3}，Kd＝diag{kd1 kd2 kd3}，為控制器的增益對角陣。
2.根據權利要求1所述的一種多通道的線性自抗擾控制器的設計方法，其特征在于：對于沒有安裝陀螺或者陀螺發生故障的航天器，其姿態角速度信息是未知的，故控制器需重新設計,用觀測器的狀態觀測量來代替姿態角和姿態角速度信息，新的PD控制器為
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