›› 2013, Vol. 33 ›› Issue (5): 69-75.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.05.011

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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   

  1. (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   

  1. (HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)
  • Received:2013-01-07 Revised:2013-03-06 Online:2013-10-25 Published:2013-10-25

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