摘要：研究了在输入饱和约束条件下的航天器相对运动的姿态和轨道一体化控制问题。首先,基于单位对偶四元数给出了航天器6自由度相对运动的数学模型,利用误差对偶四元数来描述航天器的相对姿态和相对位置。接着,针对输入饱和问题,提出了一种对航天器模型参数不确定性和外部有界干扰具有较强鲁棒性的自适应控制器,并通过李雅普诺夫方法从理论上严格证明了整个闭环系统的全局渐近稳定性。最后,通过数值仿真来验证设计方法的有效性和可行性,并且与其他方法进行了比较,结果表明设计的方法能够抑制输入饱和的问题,在性能上具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性。

摘要：针对欠驱动的非对称航天器设计六自由度相对运动的姿轨耦合控制器.首先,给出用对偶四元数描述的六自由度相对运动模型;然后,基于矩阵广义逆和空控制向量提出广义的滑模控制器,以实现相对姿态欠驱动控制的渐近稳定;最后,考虑姿轨耦合特性,利用高斯伪谱法和非线性规划得到相对轨道运动能量最省的轨迹,进而利用滑模变结构控制实现对该轨迹的跟踪.仿真结果表明,所提出的方法是有效和可行的,而且较其他方法消耗的能量更少.

摘要：在对偶四元数的框架下研究了主从式编队卫星相对姿态和相对位置跟踪控制的优化问题.首先,给出了用对偶四元数描述的编队卫星六自由度的相对运动模型.接着,把系统模型拆分为标称系统和扰动系统,对于标称系统,使用李雅普诺夫优化控制技术和轨迹跟踪优化的方法来得到非线性系统的次优解,而对于扰动系统,利用滑模控制来确保闭环系统的鲁棒性,为此把最优控制和滑模控制结合起来提出了一种优化的积分滑模控制器,并通过李雅普诺夫方法严格地证明了整个闭环系统的全局渐近稳定性.最后,通过数学仿真来验证设计方法的有效性和可行性,结果表明本文的方法能够实现编队卫星姿轨跟踪的精确控制,收敛速度较快,得到的性能指标更小,且对模型参数不确定性和外部有界干扰具有较强鲁棒性.

摘要：在建立惯性定向三轴稳定卫星非线性耦合姿态运动模型的基础上,设计了姿态三轴稳定控制的自适应滑模变结构控制器.在控制器的设计中,考虑了小卫星惯量参数的不确定性以及外界力矩干扰的情况,利用自适应滑模变结构控制方法在线辨识干扰力矩的极值以及卫星惯量参数,并依此动态调整控制器的输出.基于Lyapunov稳定性原理证明了所设计的控制器能够使系统全局一致最终有界稳定.仿真结果表明了该控制方法的有效性和可行性.

摘要：研究了利用小推力器进行航天器姿态控制问题。从理论上推导了在给定姿态控制精度、小推力器参数以及倾斜开关曲线参数的前提下,能够形成理想极限环控制效果的充分必要条件。对相关文献中倾斜开关曲线设计方法不能形成理想极限环的情况进行了理论分析,提出了一种新的基于倾斜开关曲线的准极限环控制方法,并推导了其控制精度。研究对于航天器应用小推力器实现高精度姿态控制具有较大的工程应用价值。

摘要：为了提高航天器的有效载荷比,针对目前姿态控制系统中采用有线连接的问题,以单轴气浮台为仿真平台,基于无线自组织网络构建了一种刚体航天器姿态控制半实物仿真系统,提高航天器设计的灵活性和可靠性。首先详细介绍了该系统的总体构成和方案设计,星载计算机采用双ARM冗余的体系结构,光纤陀螺、星载计算机、反作用飞轮以及动力学仿真机之间通过无线自组织网络节点互连。其次,介绍了姿态控制系统的数学模型及控制算法。最后,利用该系统对航天器三轴正常姿态稳定控制进行了半实物仿真。仿真结果表明,姿态控制精度能够满足任务需求,同时校验了仿真系统设计的合理性和正确性。

摘要：提出了一种小卫星姿态确定的非线性滤波算法,该算法利用三轴磁强计和光纤陀螺作为姿态敏感器。在非线性滤波器的设计中,从两个方面对平方根sigma点卡尔曼滤波方法进行改进。第一,把姿态四元数的矢量部分、光纤陀螺的漂移和噪声组合,得到滤波器的增广状态向量;第二,分别建立向量旋转模型、最优化模型和误差四元数乘法模型来确保非线性滤波过程中四元数的归一化约束。仿真分析结果表明,本文提出的非线性滤波算法能够有效地提高小卫星的定姿性能,与扩展卡尔曼滤波相比,具有较高的精度、稳定性和较快的收敛速度;与无迹卡尔曼滤波相比,收敛性相当,但是精度略优,稳定性和计算效率较高。

摘要：利用对偶四元数的理论来分析航天器六自由度的相对运动,设计了一种考虑输入有界的姿轨一体化控制器。在介绍对偶数和对偶四元数的基础上推导六自由度相对运动的姿轨耦合模型;利用双曲正切函数绝对值小于1的特性来显式地构造有界控制器,分别设计两个相互耦合的自适应调节律来动态地改变控制器的输出,并基于李雅普诺夫稳定性理论严格证明了闭环系统的全局渐近稳定性;利用数学仿真实验来验证该控制器和控制力满足给定的约束条件,能够实现航天器六自由度相对运动的精确稳定控制,并且对模型参数不确定性和外界扰动具有鲁棒性。与其他方法相比,由该控制器计算得到的控制力矩器的收敛速度更快,输出的控制力矩和控制力的最大幅值更小,且消耗的能量也更少。

摘要：为了加快小卫星姿控系统的研究进度,提高姿控系统的可靠性,提出了一种利用数据接口转换和数据编码来模拟姿态敏感器实物功能和接口特性的方法,设计了一个基于部件模拟等效器的小卫星姿态控制仿真系统,并详细介绍了该仿真系统的总体构成和方案设计。最后,通过接入姿态敏感器的实物来验证该模拟方法的正确性,并在该系统上实现了小卫星姿态控制算法的仿真验证。仿真结果表明了该系统设计的合理性和有效性。

摘要：为验证小卫星大角度姿态快速机动与高精度稳定控制能力,基于单轴气浮台硬件仿真环境,提出了一种利用推力器与飞轮组合的联合控制策略。采用相平面控制技术与有限时间控制理论设计控制器,利用推力器实现无超调的快速机动控制,利用飞轮实现有限时间内的高精度稳定控制,使单轴台在有限时间内快速高精度稳定于目标姿态。物理仿真结果表明:该方法在有限时间内完成单轴台快速稳定控制的同时,可有效避免机动过程中的超调现象,且能有效规避推力器的频繁开关与飞轮的过快饱和等问题。