基于退步法的敏捷航天器姿态控制方法

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1、第34卷第1期2015年2月飞行器测控学报JournalofSpacecraft．Ifr&CTechnologyV01．34No．1Feb．2015引用格式：王景诗，李蝉，张力军，等．基于退步法的敏捷航天器姿态控制方法[J]．飞行器测控学报，2015，34(1)：70一76．WangJingshi，LiChan，ZhangL巧un，eta1．Researchonthecontrolsystemofagilespacecraftbasedonback—steppingcontrolmethod[J]．JournalofSpacecraftTT＆cTech

2、n0109y，2015，34(1)：70一76．基于退步法的敏捷航天器姿态控制方法。王景诗，李蝉，张力军，蔡洪(国防科学技术大学航天科学与工程学院·长沙·410073)摘要：主要研究敏捷航天器大角度姿态机动问题。首先，以SGCMG(SingleGimbalControlMomentumGyro—scope，单框架控制力矩陀螺)为执行机构，建立了基于四元数的航天器姿态机动数学模型；然后，针对SGCMG的奇异问题，研究了基于力矩输出和回避奇异能力最优的联合操纵律；最后，基于敏捷航天器姿态误差模型和李雅普诺夫稳定理论设计了一种退步控制律。仿真结果表明，该控制

3、方法能够很好地实现大角度机动目标并有效避免了SGCMG的奇异状态，满足姿态机动任务的控制精度和稳定度要求。关键词：敏捷航天器；单框架控制力矩陀螺(SGCMG)；退步控制法；联合操纵律；大角度姿态机动中图分类号：V448．222．3文献标志码：A文章编号：1674—5620(2015)01一0070一07D()I：10．7642／i．issn．1674—5620．2015一01一0070一07ResearchontheControlSystemofAgileSpacecraftBasedonBack—SteppingControlMethodWANGJi

4、ngshi，LIChan，ZHANGLijun，CAIHong(Co王legeofAerospaceScienceandEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073)Absh‘act：Thispaperfocusesonthelarge—angleattitudemaneuverproblemoftheag订espacecraft．First，akinemat—icsmodelisestablishedbasedonthespacecraftattitudequater

5、nionwiththeSGCMG(Sin91eGimbalContr01Mo—mentumGyroscope)systemasitsactuator．Then，researchisdoneonaunitedstee“nglawwhichperformswellinoutputtingtorqueandescapingthesingularitystatetosolvethesingularityproblemofSGCMG．Finally，aback—steppingcontr01methodbasedontheattitudeerrormodelof

6、agilespacecraftandLyapunovstabilitytheoryisde—signed．Numericalsimulationindicatesthatthecontrolmethodsuccessfullyfacilitates1arg}angleattitudemaneuverandeffectivelys01vesthesingularityproblemofSGCMGwhilemeetingcontroIaccuracyandstab订ityrequirementsofattitudemaneuvermissions．Keyw

7、ords：agilespacecraft；SingleGimbalControlMomentumGyroscope(SGCMG)；back—steppingcontrolmeth—od；unitedsteering1aw；1arge—angleattitudemaneuver0引言敏捷航天器是指对姿态或轨道控制有快速机动要求的航天器，是现代航天技术领域的一大热点‘¨。它凭借较强的快速姿态机动能力在完成目标捕捉和跟踪等方面都表现出了较高的应用价值‘2

8、。目前，复杂的航天任务对航天器姿态机动和跟踪能力的要求不断提高，对大角度快速姿态机动控制能力的需求更加迫

9、切，卫星姿态快速机动的控制问题日益受关注。SGCMG(Sin91eGimbalControlM