中国空间科学技术

›› 2014, Vol. 34 ›› Issue (5): 1-9.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.001

• 研究探讨 •    下一篇

星间激光输能姿态指向自适应控制器设计

 杨业伟1, 黄勇1, 李小将2,3   

  1. （1装备学院研究生管理大队，北京101416） （2装备学院航天装备系，北京101416）
    （3装备学院激光推进及其应用国家重点实验室，北京101416）
  • 收稿日期:2014-04-29 修回日期:2014-07-01 出版日期:2014-10-25 发布日期:2014-10-25
  • 作者简介:杨业伟 1990年生，2012年毕业于南开大学自动化专业，现为兵器科学与技术专业硕士研究生。研究方向为武器系统与运用工程。
  • 基金资助:

    激光推进及其应用国家重点实验室基金资助项目

Attitude Pointing Adaptive Control of Intersatellite Laser Power Beaming

 YANG  Ye-Wei1, HUANG  Yong1, LI  Xiao-Jiang2,3   

  1. （1DepartmentofGraduateManagement，TheAcademyofEquipment,Beijing101416)
    （2DepartmentofSpaceEquipment，TheAcademyofEquipment,Beijing101416）
    （3StateKeyLaboratoryofLaserPropulsion&Application，TheAcademyofEquipment,Beijing101416)
  • Received:2014-04-29 Revised:2014-07-01 Published:2014-10-25 Online:2014-10-25

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摘要： 针对同轨道平面两星之间激光能量传输时的姿态指向控制问题，基于反步（Backstepping）法提出了一种自适应控制器设计方法。该方法先基于罗德里格参数（MRP）对卫星进行姿态描述；然后根据星间激光输能任务对姿态指向的特殊要求通过多个姿态矩阵的转换解算出了用户星期望姿态的表达式；之后基于Backstepping法，设计了自适应控制律，该控制律能解决控制输入有限和转动惯量不确定的问题，而且有效克服空间干扰力矩；最后通过Lyapunov稳定性定理证明了控制系统的稳定性。仿真结果显示，在约15s后，用户星的姿态误差和角速度误差收敛到0，并且角速度和控制力矩的值都在约束条件的范围内，说明文章设计的控制器不仅能够使用户星按最短路径调整到期望姿态，而且能够有效地抑制空间干扰力矩和解决转动惯量不确定的问题，并且通过合理地设计控制参数，可以在保证控制精度和速度情况下使控制输入满足约束条件。

关键词: 星间激光输能, 自适应, 反步法, 姿态指向, 控制器设计, 罗德里格参数, 李雅普诺夫定理, 卫星

Abstract: Basedonthebacksteppingtechnique,amethodwasproposedfordevelopinganattitudepointingadaptivecontrollerofintersatellitelaserpowerbeaming.ThemodifiedRodriguesparameterwasusedtodescribethesatelliteattitude,andtheexpectedattitudewascalculatedbytheattitudematrixtransformation.Consideringtheuncertaintiesinmomentofinertia,thelimitedinputsandexternaldisturbances,anadaptivecontrollawwasestablishedbasedontheattitudekinematicsequations.Finally,thesystemwasprovedsteadybytheLyapunov′sstabilitytheory.Thesimulationresultsshowthattheerrorsofattitudeandangularvelocityreachzeroin15 s.Boththeangularvelocityandthecontrollingmomentarekeptundercontrol.Therefore,theinitialattitudeoftheusersatellitecanbecontrolledtotheexpectedonebyusingthecontroller，andboththeangularvelocityandthecontrollingmomentcanbekeptundercontroliftheparameterisfitting.Thatprovesthecontrolleriseffectiveandfeasible.

Key words: Intersatellitelaserpowerbeaming, Adaptive, Backstepping, Attitudepointing, Controllerdesign, Rodriguesparameter, Lyapunovtheorem, Satellite