[发明专利]一种基于角加速度前馈的滑模变结构复合控制方法

摘要

一种基于角加速度前馈的滑模变结构复合控制方法，计算线性误差滑模面函数，然后计算边界层厚度，再计算基于角加速度前馈的控制力矩，最后根据控制力矩计算出对应执行机构的控制指令。本发明设计了由四元数偏差和姿态角速度偏差组成的线性误差滑模面，保证系统能够正常的沿滑模面运动，采取了边界层函数代符号函数的处理方法，可以有效的降低系统的抖震，提高单机的使用寿命和系统良好的机电平稳性，还对机动过程中的耦合力矩和角动量进行了补偿，提高了控制精度。

主权项

1.一种基于角加速度前馈的滑模变结构复合控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1、计算线性误差滑模面函数；步骤S2、计算边界层厚度；步骤S3、计算基于角加速度前馈的控制力矩；步骤S4、根据控制力矩计算出对应执行机构的控制指令；所述的步骤S1中，计算线性误差滑模面函数的步骤包含：步骤S1.1、计算滑模面系数；其中，kbi是系统带宽与挠性附件基频的隔离倍数；ωf_min是挠性附件基频；ζi是系统阻尼系数；步骤S1.2、计算滑模面函数；三个方向设计滑模面的形式如下：Si＝Kiqe+Ωe,i＝x,y,z其中，q_e＝q_v‑q_vd是四元数矢量误差，q_v是当前测量得到的星体四元数的矢量部分，q_vd是规划的姿态机动四元数Q_d的矢量部分；是姿态角速度误差，是当前测量得到的星体姿态角速度，ω_d是规划的姿态机动角速度；所述的步骤S2中，计算边界层厚度的步骤包含：其中，Tres_i是系统预留的力矩；ζi是系统阻尼系数；Iii是系统三个方向的主惯量；Ki是滑模面系数；所述的步骤S3中，计算基于角加速度前馈的控制力矩的步骤包含：步骤S3.1、计算控制力矩：其中，Tci1是控制力矩计算过程中的中间变量1；步骤S3.2、控制力矩中加入角加速度前馈：Tci2＝Tci1‑Iiiadi,i＝x,y,z其中，αdi是规划的姿态机动角加速度指令；Tci2是控制力矩计算过程中的中间变量2；步骤S3.3、进行力矩补偿：其中，I是三轴转动惯量矩阵；ω₀是卫星的轨道角速度；表示对应的姿态矩阵；T_ci³是控制力矩计算过程中的中间变量3；步骤S3.4、在稳定状态下进行角动量耦合补偿：Tci＝Tci3‑ω×(H‑Hz0)其中，ω是陀螺测量得到的惯性角速度；H是当前执行机构的角动量；Hz0是系统稳态时偏置的三轴角动量；Tci是最终的控制力矩。