[发明专利]一种针对挠性卫星姿态机动的振动抑制方法

说明书

本发明公开了一种针对挠性卫星姿态机动的振动抑制方法，对于带挠性附件的大惯量卫星，首先建立星体的刚挠耦合动力学模型，由辨识算法得到整星前两阶模态频率与相应阻尼比；然后根据每阶模态频率与阻尼比设计双脉冲的零振动输入成形器，将输入成形器模型作为控制对象的一部分，卫星高阶模态为不确定性项，选择合适的加权函数设计出相应的鲁棒控制器。本发明能够提高卫星机动过程中的速度稳定度，减小卫星机动到位后的挠性振动，快速达到指向精度要求，改善控制系统性能。

技术领域

本发明涉及带挠性附件卫星的姿态控制技术，尤其是卫星姿态机动过程中，输入成形与鲁棒控制结合的挠性附件振动抑制算法。

背景技术

为了增加对地遥感卫星侦测范围，及时观测指定区域以及匀速扫描成像，对卫星的机动能力提出了一定的要求。对于国内在轨运行卫星，各种附件挠性较小，姿态机动控制算法设计时通常使用频带隔离方法，压低控制系统带宽实现振动抑制效果。

随着载荷需求的提高，卫星构型越来越复杂，载荷与太阳电池阵尺寸不断增大，仅用频带隔离方法设计控制系统使得控制带宽很低，系统响应速度慢且会放大低频扰动力矩。

输入成形是在二阶系统基础上提出的振动抑制算法，主要用于开环系统或置于闭环系统外，直接对输入指令成形，在卫星姿态控制中类似于对路径的再规划。这种方法并没有改变控制系统性能，只是通过路径柔化达到振动抑制效果。路径柔化方法在系统模型准确且无闭环内非线性等的影响下效果明显，对闭环内非线性等因素引起的振动没有效果。

目前国内在轨卫星控制律均未采用鲁棒控制算法，在带大尺寸挠性附件复杂结构卫星的控制上，传统比例-积分-微分控制方法在设计过程中未考虑挠性模型与模型不确定性，控制过程中易激起挠性振动。

考虑到卫星大尺寸、大挠性的发展趋势，需要在控制系统设计过程中引入振动抑制算法。对于低阶模态使用辨识加输入成型抑制其振动，高阶模态当作不确定性设计鲁棒控制器。

发明内容

本发明的目的在于提供提供一种针对挠性卫星姿态机动的振动抑制方法，能够提高卫星机动过程中的速度稳定度，减小卫星机动到位后的挠性振动，快速达到指向精度要求，改善控制系统性能。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种针对挠性卫星姿态机动的振动抑制方法，包括如下步骤：

步骤一、建立挠性附件卫星动力学模型，加入脉冲激励得到角速度振动数据，由辨识算法给出整星非约束条件下前两阶模态频率与阻尼比，卫星实际运行状态下可由遥测数据辨识整星的挠性参数；

步骤二、根据整星非约束条件下前两阶模态频率与阻尼比设计相应的双脉冲零振动输入成形器，两成形器串联使用，抑制机动过程中前两阶模态振动；

步骤三、对输入成形器中的时滞环节进行二阶线性化，进而得到输入成形器的线性化形式；

步骤四、卫星动力学模型的剩余高阶模态部分考虑为非结构不确定性，将线性化的输入成形器作为被控对象的一部分，建立卫星的不确定性模型；

步骤五、根据系统的性能指标选择合适的加权函数，把系统整理成H_∞标准问题形式，得到名义系统；

步骤六、计算得到鲁棒控制器，并根据数学仿真效果调节加权函数，直至得到合适的控制器。

其中，所述步骤二中通过以下公式计算两个双脉冲的零振动成形器参数：

式中，A₁为输入成形器第一个脉冲强度，为保证快速性，作用于0时刻；

A₂为输入成形器第二个脉冲强度；

t为输入成形器第二个脉冲作用时刻；

一个双脉冲成形器形式为