[发明专利]一种对地定向空间站的姿态控制和角动量管理方法

摘要

一种对地定向空间站的姿态控制和角动量管理方法，基于自抗扰的思想首先设计一个线性二次型控制器作为基本控制器以满足空间站姿态的稳定控制需求，同时在姿态三轴分别设计一个观测器在线观察各轴所受外扰的总和并进行辨识，通过设计合理的补偿控制律，可以在满足空间站姿态控制要求的同时实现角动量的管理，从而避免控制力矩陀螺角动量因急剧增长快速饱和。本发明方法可以避免现有空间站姿态控制和角动量管理采用内模原理需要两倍扩充系统维数的问题，并可同时抑制常值以及1倍到4倍轨道频率的谐波干扰。

主权项

1.一种对地定向空间站的姿态控制和角动量管理方法，其特征在于包括如下步骤：(1)运用基于极点配置的线性二次型调节器设计空间站无干扰情况下姿态控制和角动量管理的基本控制器K；(2)在空间站三轴姿态控制通道设计一个2阶的线性扩张状态观测器，并通过调试得到三轴各观测器的设计参数βi1,βi2，i＝x,y,z，其中x为滚动轴，y为俯仰轴，z为偏航轴；所述的扩张状态观测器为：其中系数β_i1,β_i2保证多项式s²+β_i1s+β_i2是Hurwitz的，且w_itotal为空间站三轴各自所受的外扰参数，ω_o为空间站的轨道角速率，空间站的固有惯量(3)利用星敏感器实时测量得到空间站本体相对轨道的姿态角θ_x θ_y θ_z，利用角速率陀螺实时测量得到空间站本体相对轨道的姿态角速度从空间站的三轴控制力矩陀螺实时获取其角动量h_x h_y h_z；(4)根据步骤(2)设计的线性扩张状态观测器以及步骤(3)获取的不同时刻的空间站姿态信息，估计得到空间站三轴各自所受的外扰参数，并根据所述外扰参数计算得到各轴需补偿的干扰分量Δuxd Δuyd Δuzd，以及角动量管理通道需抵消的角动量分量Δhx Δhy Δhz；(5)利用如下控制器计算得到空间站三轴对应的控制力矩ux uy uz；控制器如下：其中u＝[u_x u_y u_z]^T，θ＝[θ_x θ_y θ_z]^T，h＝[h_x h_y h_z]^T，Δh＝[Δh_x Δh_y Δh_z]^T，