卫星大角度姿态机动控制的SOS设计

doi:10.3780/j.issn.1000-758X.2013.05.011

中国空间科学技术 ›› 2013, Vol. 33 ›› Issue (5): 69-75.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.05.011

卫星大角度姿态机动控制的SOS设计

何朕, 孟范伟, 王广雄, 周荻

（哈尔滨工业大学，哈尔滨150001）

收稿日期:2013-01-07 修回日期:2013-03-06 出版日期:2013-10-25 发布日期:2013-10-25
作者简介:何朕 1972年生，2000年获哈尔滨工业大学控制科学与工程专业博士学位，教授。研究方向为控制系统设计、飞行器姿态控制、鲁棒控制及H∞控制等。
基金资助:
国家自然科学基金委创新研究群体科学基金（61021002），国家自然科学基金（60674102，60374027），国家自然科学基金重点项目(61034001)资助项目

SOSDesignforControlofLargeAttitudeManeuversofSatellites

HE Zhen, MENG Fan-Wei, WANG Guang-Xiong, ZHOU Di

(HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)

Received:2013-01-07 Revised:2013-03-06 Published:2013-10-25 Online:2013-10-25

摘要/Abstract

摘要： 由于卫星各轴角速度之间是相互耦合的，故当姿态作大角度机动时需要考虑其非线性的动力学特性。此外，表示姿态的运动学微分方程也是非线性的。针对这类非线性系统的控制设计，文章提出了一种采用平方和(SOS)的综合方法。虽然SOS法是一种数值计算的方法，但文中表明设计结果却具有清晰的物理意义。所得的控制律可以视为是非线性版本的PD控制。由于修正Rodrigues参数(MRP)本身特性的关系，控制输入会出现峰值，因而文章提出了一种饱和设计。根据此类姿态系统的无源性本质，可以证明饱和下系统的响应是收敛的。同时，提出了一种利用对角优势的设计思路来减少SOS法的数值误差。SOS法可以求解不容易解析求解的非线性问题，具有广阔的应用前景。

关键词: 平方和, 非线性控制, 控制系统综合, 姿态控制

Abstract: Becauseofthecouplingeffectbetweentheangularvelocitiesofeachaxis,thenonlineardynamicsofthesatellitemustbeconsideredforthecontroloflargeattitudemaneuvers.Besides,thekinematicsdifferentialequationoftheattituderepresentationisalsononlinear.Thesumofsquares(SOS)approachwasproposedasasynthesismethodforthenonlinearcontrolsystemdesign.ItisshownthatthefinalresultoftheSOSdesignhasclearphysicalmeanings,thoughitisanumericalmethod.Infact,theresultingcontrollawcanbeviewedasanonlinearversionofthePDcontrol.ToavoidthepeakvalueofthecontrolinputcausedbytheintrinsicpropertiesoftheMRPs,asaturationdesignwasproposed.Theconvergenceofthetimeresponseundersaturationcanbeprovedbythepassivitynatureofthesystem.AdiagonaldominanceprocedurewasalsoproposedtoreducethenumericalerrorsoftheSOSapproach.TheproposedSOSmethodcanbeusedtosolveanalyticallyunsolvablenonlinearproblemsandwouldhaveawideareaofapplicationsinthenearfuture.

Key words: Sumofsquares, Nonlinearcontrol, Controlsynthesis, Attitudecontrol

何朕, 孟范伟, 王广雄, 周荻. 卫星大角度姿态机动控制的SOS设计[J]. 中国空间科学技术, 2013, 33(5): 69-75.

HE Zhen, MENG Fan-Wei, WANG Guang-Xiong, ZHOU Di. SOSDesignforControlofLargeAttitudeManeuversofSatellites[J]. Chinese Space Science and Technology, 2013, 33(5): 69-75.

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[1]	张洪华, 关轶峰, 李骥, 于洁, 陈尧, 王志文, 张晓文, 张录晨, 李林峰, 孙国健, 王振华, 郭敏文, 李晓锋, 高锡珍. 嫦娥六号环月飞行双环容错姿态控制[J]. 中国空间科学技术, 2024, 44(5): 15-22.
[2]	雷拥军, 陆栋宁, 袁利, 陈超. 一种适应卫星姿态侧摆机动的混合轮系控制方法[J]. 中国空间科学技术, 2024, 44(3): 111-119.
[3]	鄢南兴, 林喆, 刘雅宁, 于飞, 王淳, 康建兵. 卫星光轴复合指向控制方法研究[J]. 中国空间科学技术, 2021, 41(3): 114-122.
[4]	雷拥军, 袁利, 刘其睿, 刘洁. 2-SGCMGs与磁力矩器的对地姿态混合控制方法[J]. 中国空间科学技术, 2021, 41(1): 75-83.
[5]	耿飞龙, 李爽, 黄旭星, 杨彬, 常建松, 林波. 基于深度神经网络的航天器姿态控制系统故障诊断与容错控制研究[J]. 中国空间科学技术, 2020, 40(6): 1-12.
[6]	张科备, 高晶敏, 关新, 郭子熙. 可变构型的控制力矩陀螺控制方法[J]. 中国空间科学技术, 2020, 40(6): 23-32.
[7]	吴佳奇, 康国华, 华寅淼, 张晗, 张琪. 组合体航天器智能协同姿态控制研究[J]. 中国空间科学技术, 2020, 40(4): 44-53.
[8]	杨博, 朱一川, 魏延明, 樊子辰. 折叠式变体飞行器轨迹优化及控制分析[J]. 中国空间科学技术, 2020, 40(3): 64-75.
[9]	徐影, 张进, 于沫尧, 许丹丹. 多星近距离绕飞观测任务姿轨耦合控制研究[J]. 中国空间科学技术, 2019, 39(6): 21-.
[10]	杨驰航, 刘江凯, 龙龙 , 宋欢, 李龙, 朱凌超, 叶炳旭, 陈泓儒, 张皓. 月球立方星姿态控制系统的初步设计与测试[J]. 中国空间科学技术, 2019, 39(4): 28-.
[11]	王月娇, 马钟, 杨一岱, 王竹平, 唐磊. 基于深度增强学习的卫星姿态控制方法[J]. 中国空间科学技术, 2019, 39(4): 36-.
[12]	张恒浩, 唐庆博, 焉宁, 陈春燕, 郑正路. 挠性航天器智能模糊控制算法[J]. 中国空间科学技术, 2018, 38(4): 36-43.
[13]	张科备, 王大轶, 汤亮, 王有懿. 基于观测器的平台无陀螺姿态复合控制[J]. 中国空间科学技术, 2017, 37(6): 24-.
[14]	冯佳佳. 一种卫星快速姿态机动及稳定控制方法[J]. 中国空间科学技术, 2017, 37(4): 34-40.
[15]	王嘉轶, 闻新, 张婉怡. 卫星群反作用飞轮的故障诊断方法研究[J]. 中国空间科学技术, 2016, 36(4): 24-.

卫星大角度姿态机动控制的SOS设计

SOSDesignforControlofLargeAttitudeManeuversofSatellites

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