[发明专利]一种挠性卫星神经网络反步滑模姿态控制方法

权利要求书

1.一种挠性卫星神经网络反步滑模姿态控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立挠性卫星姿态动力学模型：

采用混合坐标法建立挠性卫星姿态动力学模型，含有两块帆板和一根运动天线的动力学方程有以下形式：

Isω·s+ωs×Isωs+Σk(Fskη··k+ωs×Fskη·k)+Rsaω·a+ωs×Rsaωa=u+dIaω·a+ωa×Iaωa+Faη··3+ωa×Faη·3+RsaTω·s+ωa×RsaTωs=Ta---(1)]]>

附件模态方程为：

η··1+2ξ1Ω1η·1+Ω12η1+Fs1Tω·s=0η··2+2ξ2Ω2η·2+Ω22η2+Fs2Tω·s=0η··3+2ξ3Ω3η·3+Ω32η3+Fs3Tω·s+FaTω·a=0---(2)]]>

其中，ω_s＝[ω_x,ω_y,ω_z]^T∈R³为卫星角速度，本质为本体系相对于惯性系且投影分解在本体系中的姿态角速度矢量；I_s∈R^3×3为星体转动惯量阵；u∈R³是由执行机构提供的星体三个通道控制力矩矢量；d∈R³为卫星所受的干扰力矩；ω_a＝[ω_ax,ω_ay,ω_az]^T∈R³为天线转动角速度；I_a∈R^3×3为天线转动惯量阵；T_a∈R³是天线转动驱动控制力矩；η_k∈Rⁿ为挠性模态坐标，n为模态阶数，k为附件编号，k＝1、2时表示两帆板，k＝3表示天线；ξ_k和Ω_k为n维对角阵，分别表示附件的阻尼比和模态频率；F_sk∈R^3×n为附件振动与星体转动耦合系数；R_sa∈R^3×3为天线与星体转动耦合系数；F_a∈R^3×n为天线转动与天线臂振动耦合系数；符号表示如下的反对称矩阵

ωs×=0-ωzωyωz0-ωx-ωyωx0---(3)]]>

类似的，有

ωa×=0-ωazωayωaz0-ωax-ωayωax0---(4)]]>

步骤2：对模型公式(1)和(2)进行处理后，考虑卫星惯性定向飞行，且采用小角度假设，则卫星角速度ω_s近似等于姿态角速度有

Θ··=Gu+D---(8)]]>

令x₁＝θ，将上式写成状态空间形式

x·1=x2x·2=Gu+D---(11)]]>

步骤3：设计基于反步法的滑模姿态控制器：

u=G-1{k1(z2-c1z1)+ηsgn(σ)+c1z·1+h[σ+τsgn(σ)]}---(17)]]>

式中，h与τ为待设计参数，均为正数；η≥|D|；

步骤4：采用RBF神经网络逼近(η+hτ)sgn(σ)；

设计控制器为

u=G-1[k1(z2-c1z1)+c1z·1+hσ+W^Th(x)+ϵ^]---(24)]]>

得到完整的姿态控制器表示为

u=G-1[k1(z2-c1z1)+c1z·1+hσ+W^Th(x)+ϵ^]W^·=1γσh(x),ϵ^·=1γcσ---(27)]]>

三轴分别按照上述过程设计姿态控制器，从而完成姿态控制。