[发明专利]一种挠性卫星神经网络反步滑模姿态控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种挠性航天器姿态控制方法。

背景技术

随着科学技术的快速进步和社会经济的不断发展，人类更深入的对太空展开了探索，各国航天事业迅猛发展，并取得了耀眼的成就。自上世纪五十年代前苏联发射世界上首颗人造地球卫星以来，对于具有各种功能的应用卫星的研究，形成一个新兴的航天工业方向，其中包括科学实验卫星、气象卫星和通信卫星等。它们在经济上、军事上、科学教育文化上都具有很大的价值。

具有大挠性太阳帆板和挠性或刚性跟踪天线的卫星属大挠性多体空间结构系统。附件振动、液体晃动、多体运动和内外扰动等与星本体对地定向的姿态控制之间存在强耦合作用。对这类结构，建模也较复杂，往往进行简化和降阶，所得模型存在众多未建模动态和不确定性。实际系统还存在执行机构和敏感器非线性、敏感器测量噪声及时间延迟等。实现这类卫星的高精度高稳定度姿态控制，控制器需有较强的鲁棒性和干扰抑制能力。航天学者为此提出了众多的控制方法：

王磊等人的《卫星平台与天线去耦合控制》提出了动力学去耦合控制的概念，在卫星平台之上增加一个主动阻尼机构并结合预补偿控制和带宽隔离控制策略，使得控制对象层面和控制系统层面协同解除刚-柔部件并存系统在动力学上耦合的问题。

朱承元等人的《大挠性多体卫星的自抗扰姿态控制系统设计》从工程应用角度，提出了一种内外双闭环自抗扰姿态控制器，并与使用于某挠性卫星的传统PID姿态控制器进行了比较，在考虑执行机构和敏感器饱和及测量噪声下的仿真结果表明，提出的自抗扰姿态控制器在鲁棒性、适应性、精度和快速性、干扰抑制和振动抑制等方面均显著优于传统的PID。这一控制方法对实现大挠性多体卫星的高精度高稳定度姿态控制，具有应用价值。

翟坤等人的《挠性多体卫星星间跟踪天线回扫运动研究》采用命令预处理算法设计天线回扫指令，解决天线回扫运动对星体姿态稳定和柔性振动的影响。

《基于输入成形的挠性航天器自适应滑模控制》结合输入成型方法与自适应滑模控制方法进行控制律设计，使系统在参数不确定性和外界扰动影响下完成对标称系统的跟踪，同时抑制了挠性振动。在大型挠性天线建模研究方面。

Shi H.等人的《A Nonlinear Dynamic Model and Free Vibration Analysis of Deployable Mesh Reflectors》建立了包含有几何与材料非线性特性的可展开网状天线动力学模型，根据温度载荷控制天线形状。

Lafleur J.M.等人的《Integrating Flexibility into Human Space Exploration Architecture Design Decisions》分析了当前计划中的航天探索任务所面临的挑战，研究了挠性动力学对任务目标、开发成本与周期等因素的影响。

发明内容

本发明为了解决帆板挠性振动和天线转动产生的扰动问题以及现有的姿态控制方法稳态精度与稳定度有待提高的问题。

一种挠性卫星神经网络反步滑模姿态控制方法，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：

附件模态方程为：