[发明专利]基于频域分析的挠性卫星高稳定度姿态控制方法

权利要求书

1.基于频域分析的挠性卫星高稳定度姿态控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一、建立挠性卫星的动力学模型，并进行小角度假设并简化，对简化后的动力学模型取单一附件，获得频域方程；

步骤二、根据频域方程获得实际俯仰角θ与总力矩T之间的传递函数关系，并根据实际俯仰角θ与总力矩T之间的关系获得挠性卫星俯仰轴简化模型；

步骤三、在挠性卫星俯仰轴简化模型中，略去控制器部分并将挠性模态影响全部归入干扰中，并采用滤波器F_r(s)限定干扰抑制的带宽，获得干扰补偿器Z的表达式；

步骤四、对加入干扰补偿器后的挠性卫星俯仰轴简化模型进行频域分析，获得挠性影响广义干扰化分析结果和挠性影响非广义干扰化分析结果；

步骤五、根据挠性影响广义干扰化分析结果和挠性影响非广义干扰化分析结果获得干扰补偿器Z的滤波参数和PD控制参数；

步骤六、向俯仰通道系统中加入干扰补偿器Z，对俯仰通道采用PD控制，实现挠性卫星俯仰轴姿态控制；

步骤七、通过步骤一至步骤六所述的过程对滚动轴姿态和偏航轴姿态分别进行控制，实现挠性卫星姿态控制；

步骤四中对挠性卫星俯仰轴简化模型进行频域分析，获得挠性影响广义干扰化分析结果的过程为：

建立引入干扰补偿器且将挠性影响作为广义干扰时的俯仰通道系统模型，使用飞轮作为执行机构，W(s)取为一阶惯性环节的形式：

$W\left(s\right)=\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_{y}s+1},$

其中，W(s)为执行机构的模型；

根据该系统模型获得系统的开环传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{k_{py}+k_{dy}s}{{\mathrm{\τ}}_y{I}_y{s}^3+I_y{s}^2},$

其中，I_y为俯仰轴的转动惯量；

系统的闭环传递函数为：

$\mathrm{\φ}\left(s\right)=\frac{k_{py}+k_{dy}s}{{\mathrm{\τ}}_y{I}_y{s}^3+I_y{s}^2+k_{dy}s+k_{py}},$

干扰输入到角速度输出的传递函数为：

${\mathrm{\φ}}_{\stackrel{\·}{y}q}\left(s\right)=\[1-F_r\left(s\right)\]\frac{(1+{\mathrm{\τ}}_{y}s)s}{{\mathrm{\τ}}_y{I}_y{s}^3+I_y{s}^2+k_{dy}s+k_{py}},$

其中，τ_y为俯仰轴飞轮时间常数，k_py为俯仰轴PD控制器比例参数，k_dy为俯仰轴PD控制器微分参数，F_r(s)为滤波器的表达式；

步骤四中对挠性卫星俯仰轴简化模型进行频域分析，获得挠性影响非广义干扰化分析结果的过程为：

建立引入干扰补偿器且不将挠性影响作为广义干扰时的俯仰通道系统模型，将挠性影响叠加的传递函数记为∑，获得不引入干扰补偿器时系统的开环传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{k_{py}+k_{dy}s}{(I_y-\mathrm{\Σ})({\mathrm{\τ}}_{y}s+1)s^2},$

不引入干扰补偿器时系统的闭环传递函数为：

$\mathrm{\φ}\left(s\right)=\frac{k_{py}+k_{dy}s}{(I_y-\mathrm{\Σ})({\mathrm{\τ}}_{y}s+1)s^2+k_{dy}s+k_{py}},$

不引入干扰补偿器时，干扰输入到角速度输出的传递函数为：

${\mathrm{\φ}}_{\stackrel{\·}{y}q}\left(s\right)=\frac{(1+{\mathrm{\τ}}_{y}s)s}{\[I_y-\mathrm{\Σ}\]({\mathrm{\τ}}_{y}s+1)s^2+k_{dy}s+k_{py}},$

引入干扰补偿器时系统的开环传递函数为：

$G_{RMM}\left(s\right)=\frac{k_{py}+k_{dy}s}{\[I_y-(1-F_r)\mathrm{\Σ}\]({\mathrm{\τ}}_{y}s+1)s^2},$

引入干扰补偿器时系统的闭环传递函数为：

${\mathrm{\φ}}_{RMM}\left(s\right)=\frac{k_{py}+k_{dy}s}{\[I_y-(1-F_r)\mathrm{\Σ}\]({\mathrm{\τ}}_{y}s+1)s^2+k_{dy}s+k_{py}},$

引入干扰补偿器时，干扰输入到角速度输出的传递函数为：

${\mathrm{\φ}}_{\stackrel{\·}{y}qRMM}\left(s\right)=\frac{\[1-F_r\left(s\right)\](1+{\mathrm{\τ}}_{y}s)s}{\[I_y-(1-F_r)\mathrm{\Σ}\]({\mathrm{\τ}}_{y}s+1)s^2+k_{dy}s+k_{py}}.$