[发明专利]一种航天器的快速姿态机动快速稳定联合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器的快速姿态机动快速稳定联合控制方法，属于航天器姿态控制和振动控制领域。

背景技术

近年来，高分辨率遥感卫星、激光通讯卫星等大型复杂航天器的发展得到了广泛的关注。该类航天器除了具有姿态高精度和高稳定度的控制能力以外，还需具备快速机动快速稳定的能力，以完成敏捷成像和快速跟踪瞄准等空间任务。

以上类型航天器在姿态快速机动过程中，难免会激起所携带的大型柔性附件的结构振动。这类振动靠自身阻尼特性很难衰减，如不采取有效的振动抑制措施，会导致有效载荷难以正常工作，使空间观测任务无法完成。如美国初期的哈勃望远镜（HST），由于没有对冷热交变环境引起的柔性帆板振动进行处理，导致成像质量很差，后经两次维修，才使得哈勃望远镜成为了太空望远镜的典范。

近些年很多学者围绕大型复杂航天器的快速姿态机动快速稳定控制问题进行了深入研究。如通过智能材料采用分布式进行柔性结构的振动控制。Gopinath等研究了表面粘贴式和内部嵌入式两种压电元件联合使用的振动抑制效果（Gopinath T,Raja S,Tadashige I.Finite element formulation of laminated plate with flexible piezoelectric actuators and vibration control analysis[C]，Proceedings of the SPIE-The International Society for Optical Engineering,San Diego,CA,USA,2011）；Orszulik等研究了正位置反馈算法与比例微分控制器相结合的振动抑制策略（Orszulik R R,Jinjun S.Vibration control using input shaping and adaptive positive position feedback[J].Journal of Guidance,Control,and Dynamics,2011,34(4):1031-1044）；Mahmoodi等在一种改进正位置反馈控制器的基础上又设计出了一种具有自适应能力的振动抑制控制器（Mahmoodi N S,Ahmadian M,Inman D J.Adaptive modified positive position feedback for active vibration control of structures[J].Journal of Intelligent Material Systems and Structures,April2010.21(6):571-580）。除分布式振动控制方法以外，研究较多的还有集中式振动控制，如HST上使用6阶双凹陷滤波器与PID控制器串联，并在SA3帆板根部安装一种被动阻尼器（Anandakrishnan S M,Connor C T,Lee S,et al.Hubble space telescope solar damper for improving control system stability.Aerospace Conference Proceedings,2000IEEE,4:261-276）；Wie等提出了广义结构滤波器结构，并对结构滤波器的可用性进行了COFS-I(Control of flexible structures mast flight system)实验，不仅验证了共位配置下的最小相位结构滤波器的有效性，还验证了非共位配置下的非最小相位结构滤波器的有效性（Wie,B.Experimental demonstration of a classical approach for flexible structure control[J].Journal of Guidance,Control,and Dynamics,1992,15(6):1327-1333）。另一种集中振动控制的方式是通过使用输入成形实现。输入成形思想的雏形被认为是Smith提出的Posicast控制。Singer和Seering将这一思想得到升华（Singer N C,Seering W P.Preshaping command inputs to reduce system vibration[J].Transactions of the ASME.Journal of Dynamic Systems,Measurement and Control.1990,112(1):76-82.）。在实际应用中，输入成形作为开环控制器，或者作为反馈控制系统的前置滤波器，与控制律的联合设计可提高系统的响应特性。