[发明专利]基于滑模观测器的低轨挠性卫星姿态跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于滑模观测器的低轨挠性卫星姿态跟踪控制方法。

背景技术

随着卫星姿态控制技术的发展，对卫星姿态控制精度的要求越来越高，特别是以光学相机为载荷的卫星，载荷对地指向精度要求极高。对于这类卫星，为了提高光学成像的精度，往往会选择低轨运行，低轨卫星相对于中高轨卫星而言，受到的气动力矩的影响更大，且所受气动力矩随卫星姿态的变化而改变，对卫星姿态控制精度的影响大，因此，设计高精度卫星姿态控制方法时必须要考虑气动干扰力矩影响。此外，卫星携带的太阳帆板、大型天线、成像载荷等挠性部件的振动，也会降低卫星姿态控制的精度。对于挠性部件的影响通常采用观测器观测模态振动信息，并在姿态控制方法中对挠性振动实时补偿。总之，为了提高卫星姿态控制精度，设计卫星姿态控制算法时，必须采用适当的方法补偿气动干扰力矩和挠性部件的影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有低轨挠性卫星由于较大的气动干扰力矩与自身挠性部件振动导致的卫星姿态跟踪控制精度低的问题，而提出一种基于滑模观测器的低轨挠性卫星姿态跟踪控制方法。

一种基于滑模观测器的低轨挠性卫星姿态跟踪控制方法，所述低轨挠性卫星姿态跟踪控制方法通过以下步骤实现：

步骤一：建立地心惯性坐标系OX_IY_IZ_I和卫星本体坐标系OX_bY_bZ_b；

步骤二：定义模态振动状态从而将挠性卫星姿态动力学方程为状态空间表达式；式中，表示模态振动速度，δ表示刚柔耦合矩阵，ω_bI表示当前姿态角速度；

步骤三、根据卫星运行轨道环境性质及角速度激发挠性振动的关系式，确定观测器受到的干扰信号的上界，且观测器滑模项增益ρ满足：ρ≥sup||d||；式中，中间模态振动状态量ψ′的观测误差值且所述中间模态振动状态量ψ′的观测误差值的数值小于等于模态振动速度的量级；

步骤四、根据滑模观测器理论，并综合Lyapunov稳定与匹配条件的约束，求解线性矩阵不等式：P(A-GH)+(A-GH)TP<0-IPB-HTFTBTP-FH0<0]]>得：观测器增益矩阵G、观测器匹配矩阵F和Lyapunov方程矩阵变量P；