一种带大挠性附件卫星的低阶鲁棒控制方法

doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2015.03.006

摘要/Abstract

摘要： 针对带有大挠性附件卫星存在参数不确定性和外部扰动的问题，提出一种基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒H∞反馈控制方法.在卫星动力学模型中考虑了太阳帆板对日定向转动及天线展开过程中参数的摄动问题，进一步设计适用于线性参数时变(LPV)系统的多输入多输出(MIMO)反馈控制器，证明闭环系统在参数大范围摄动下的鲁棒稳定性.相比经典控制方法，当结构参数变化较大且三轴姿态为动态时变时，在满足期望性能指标的同时，可以有效地抑制挠性附件的振动且具有较强的抗扰能力.最后通过仿真验证了所提方法的有效性. 关键词：挠性卫星；姿态控制；H∞控制；线性参数时变系统；线性矩阵不等式(LMI)

关键词: 挠性卫星, 姿态控制, 控制, 线性参数时变系统, 线性矩阵不等式(LMI)

Abstract: To deal with the flexible parameters uncertainties and external torque disturbance problems of satellites with large flexible appendages, a robust Hinfinity feedback multiinput, multioutput (MIMO) controller is proposed based on linear matrix inequalities (LMI). Parameters perturbations that caused by solar paddles rotating towards the sun and antenna’s expanding process are considered in the coupled dynamics of satellite. The proposed robust controller guarantees robust stability against the a forementioned higher vibration modes and modal parameters uncertainties for a linear parameter varying (LPV) MIMO system. Moreover, it is simple and suitable for engineering practice. The simulation results show that the given controller provides rapid stabilization for threeaxis attitude control, and is more robust than the typical PID controller in vibration and disturbance suppression.

Key words: flexible satellite, attitude control, control, LPV system, LMI

中图分类号:

胡萌, 汤亮. 一种带大挠性附件卫星的低阶鲁棒控制方法[J]. 空间控制技术与应用, 2015, 41(3): 28-32.

HU Meng, TANG Liang. LowOrder Robust Control for Satellite with Large Flexible Appendages[J]. , 2015, 41(3): 28-32.

参考文献

［1］陈亚陵．挠性卫星姿态运动的鲁棒控制技术［J］．厦门大学学报，2001，40(2)：211219. CHEN Y L. Robust control technigue of flexible satellite attitude movement［J］. Journal of Xiamen University, 2001,40(2):211219. ［2］XIE L H, SOH Y C. Robust control of linear systems with generalized positive real uncertainty［J］. Automatica,1997,33(5):963967. ［3］CAO C U,HOVAKIMYAN N. Stability margins of L1 adaptive control architecture［J］. IEEE Transactions on Automatic Control. 2010,55(2):480487. ［4］BALLOIS S L,DUC G. H∞ control of an earth observation satellite［J］. Journal of Guidance,Control,and Dynamics,1996,19(3):628635. ［5］CHARBONNEL C. H∞ and LMI attitude control design: towards performances and robustness enhancement［J］. Acta Astronautica, 2004,54:307314. ［6］CHIAPPAM C, BODINEAU G, BOULADE S, et al.(μMμ)iteration technique: application to attitude control of satellite with large flexible appendages［C］//The 44th IEEE Conference on Decision and Control. New York: IEEE,2005：641646. ［7］倪茂林, 吴宏鑫. 线性不确定系统的鲁棒稳定控制器设计［J］. 自动化学报, 1992,18(5):585589. NI M L, WU H X. The design of a robust stabilizing controllers for uncertain systems［J］. Acta Automatica Sinica, 1992,18(5):585589. ［8］KIDA T, OHTANI T, HAMADA Y. Design and implementation of robust symmetric attitude controller for ETSVIII spacecraft［J］.Control Engineering Practice,2010,18(12):14401451. ［9］NAGASHIO T, KIDA T, OHTANI T, et al. Robust twodegreesoffreedom attitude controller design and Flight Test Result for Engineering Test SatelliteVIII Spacecraft［J］. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2014,22(1):157168. ［10］屠善澄.卫星姿态动力学与控制［M］.北京: 宇航出版社, 2006:245273. ［11］俞立.鲁棒控制线性矩阵不等式处理方法［M］.北京:清华大学出版社, 2002:4459.

[1]	谢军, 王平. 北斗导航卫星姿态与轨道控制技术发展与贡献[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(5): 1-8.
[2]	潘腾, 缪远明, 顾荃莹, 张龙. X射线天文卫星观测需求分析与控制总体设计[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(5): 17-23.
[3]	李果, 刘新彦. 地球同步轨道光学遥感卫星高精度高稳定度控制技术[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(5): 24-32.
[4]	邢涛, 孙乐丰, 王为, 罗文成. 数字空间站动力学与控制仿真建模与飞控应用[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(5): 40-47.
[5]	赵宇, 王晓磊, 黄翔宇, 刘旺旺, 郝策, 李化云. 天问一号火星软着陆制导、导航与控制系统[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(5): 48-57.
[6]	李志平, 顾朋, 孙帅, 陈建新. 未来行星表面漫游车自主导航技术研究[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(5): 58-67.
[7]	王鸿儒, 刘云平, 马金虎, 严乐. 基于奇异摄动法的水下机器人串-并联PID控制[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(3): 40-48.
[8]	张文辉, 陈浩文, 闻志, 叶晓平. 面向未知目标的柔性关节空间机器人滑模控制[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(3): 49-56.
[9]	邓入川, 赵迪, 张山, 苟浩, 符健豪, 郑亮, 费凌. 永磁同步电机转速滑模和电流预测组合式控制器运行性能分析[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(3): 64-72.
[10]	董晓刚, 李经松, 王殿佑, 李川, 陈朝晖. 基于模型架构的航天器控制软件研制方式研究[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(2): 55-62.
[11]	李青山, 廉宗民, 王璐, 谢生龙. 空间飞行器控制软件的动态自适应演化方法[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(2): 63-72.
[12]	贺京九, 袁长清, 左晨熠. 地球静止轨道混合推进三星库仑编队队形保持控制研究[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(1): 15-21.
[13]	邱志成, 杜佳豪. 基于模糊强化学习的多柔性梁振动控制仿真[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(1): 29-39.
[14]	鲁明, 梁柱林, 徐张凡. 柔性支撑控制力矩陀螺动力学建模与控制[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(1): 40-46.
[15]	杨威, 徐拥华, 杨永峰, 胡怡, 佃松宜. 机械臂的改进区间二型模糊神经网络控制[J]. 空间控制技术与应用, 2021, 47(1): 70-77.