摘要：针对航天器姿态控制输入饱和问题的解决方法进行了梳理和归纳,将技术途径主要分为三类,对每一类中具体方法的设计思想、数学形式及工作特征进行了分析与比较,总结得出特点、效果效用以及适用范围,主要有:1)控制律整体考虑饱和类:如饱和函数法、限幅函数法、切换函数法、抗饱和控制等。由于可高效发挥执行机构能力,但形式复杂,适用于对调节时间有要求、计算能力强的航天器快速姿态机动任务;2)控制律各项分别考虑饱和类:如类PD控制、反步法等。由于设计简单,但执行机构不能充分利用,适合对调节时间无要求或低成本小卫星的姿态调节任务;3)考虑饱和约束的优化类:如时间/能量/燃料最优控制及混合指标最优等。由于可用于多约束指标最优问题,但计算量大且依赖精确数学模型,适合于大型航天器的最优姿态机动任务或未来航天器控制任务。本文工作以期为实际任务提供有效支撑。

摘要：为满足航天器自主系统的在轨重设计及对重设计结果进行评估的要求,研究了姿态动力学自然特性以及基于结构特性的姿态控制设计方法。证明了挠性航天器姿态动力学传递函数矩阵的正规性,并对惯量矩阵的对角优势性进行了分析。将这两个特性应用于姿态控制设计,分别得到了乘性摄动和逆加摄动不确定性描述下的鲁棒稳定条件。给出了姿态控制的正规矩阵设计方法,而且设计结果的鲁棒性容易检验,适合在自主航天器中应用。对这两种鲁棒稳定条件的比较表明,逆加摄动下的结果可以更好地兼顾各回路的性能要求。

摘要：针对航天器的三维姿态控制问题,研究了一种新型的航天器姿态控制执行机构—双框架变速控制力矩陀螺(DGV),得到基于DGV的精确的航天器姿态动力学方程,分析其力矩放大效应和奇异性。基于Lyapunov稳定性理论设计了航天器姿态跟踪的非线性反馈控制律及基于速度和加速度的操纵律。仿真结果表明,一个DGV即能有效地完成航天器三维的姿态控制。

摘要：研究某航天器俯仰轴姿态的二自由度鲁棒控制问题.首先分析俯仰轴系统中存在的主要不确定性,建立系统的结构与非结构不确定模型;然后将二自由度鲁棒控制方法应用于俯仰轴系统中设计H∞控制器,由于得到的H∞控制器阶次过高,对其进行降阶处理;最后进行仿真验证.结果表明该控制器对干扰力矩和参数不确定性的影响具有良好的鲁棒稳定性.

摘要：航天器在轨执行某些任务时,其质量参数会发生未知变化,传统控制方法在这种情况下控制效果不佳。本文提出基于强化学习的航天器姿态控制器设计方法,该方法在姿态控制器训练过程中不需要对航天器进行动力学建模,不依赖航天器的质量参数。当质量参数发生较大未知变化时,训练好的控制器仍然可以保持较好的控制效果。仿真测试表明:使用基于强化学习方法训练的控制器确实具有良好的鲁棒性。此外,回报函数的设计会明显影响姿态控制器的训练,因此对不同的回报函数设计进行了研究。

摘要：搭建了基于Matlab/Simulink的航天器姿态动力学与控制仿真框架;基于该框架和非线性控制设计模块完成了一类带动量轮机构的航天器PD姿态控制器参数优化设计与姿态仿真研究。研究结果表明:1)基于Matlab/Simulink的航天器姿态动力学与控制仿真框架具有可重用性好、继承性强的优点;2)非线性控制设计模块可以有效地完成非线性系统控制器参数优化设计。

摘要：针对航天器执行机构(飞轮)故障的姿态控制问题,基于线性变参数(LPV)系统设计鲁棒变增益PID容错控制。考虑转动惯量随时间变化和执行机构乘性故障,将航天器姿态动力学转化为不确定LPV系统。设计控制器时,利用仿射二次稳定的方法降低控制算法的保守性,引入保性能控制保证系统的鲁棒性。仿真结果表明,控制方法是有效的。

摘要：研究有向通信拓扑结构下存在输入饱和时多航天器分布式固定时间输出反馈姿态协同控制问题。首先,针对只有部分航天器可以获得主航天器姿态和角速度状态信息问题,设计了一个固定时间主航天器状态观测器来观测主航天器状态信息。针对航天器无法测量自身角速度的情况,设计了一个固定时间航天器角速度观测器,实现了在固定时间内观测出航天器角速度信息。然后,基于固定时间主航天器状态观测器和固定时间航天器角速度观测器,设计一个固定时间输出反馈姿态追踪控制器,并证明了系统固定时间稳定性。此外,仿真结果也验证了所提控制策略的有效性。

摘要：基于变速控制力矩陀螺群动力学模型建立其复合控制方程和分系统解耦约束方程,用矩阵投影方法同步设计得到航天器姿态与能量一体控制复合操纵律,利用Lyapunov方法分析了转子轴向惯量误差对姿态控制分系统的影响.根据飞轮转子轴向惯量与功率输出之间的误差关系设计出功率控制补偿器.复合操纵律中的力矩和功率两解形式相同,约束方程使得姿态与能量控制两分系统解耦,便于进行考虑执行机构特性的闭环控制系统性能分析.考虑飞轮转子轴向惯量误差时,姿态控制分系统的输出耗散特性使其能够保持稳定,而功率控制分系统输出误差与转子轴向惯量误差成比例关系,经过补偿后功率输出能满足控制要求.

摘要：针对航天器姿态系统,提出了一种基于自适应神经网络动态逆的控制算法。该算法针对滚转、俯仰和偏航三个姿态子系统,设计了两组神经网络:第一组是BP网络,用来逼近三个姿态通道的非线性项,可获得姿态逆模型;第二组是非线性自适应神经网络,用于在线实时地补偿逆模型存在的误差和外加干扰。详细分析了非线性自适应神经网络的拓扑结构、学习规则和调整算法。给出了应用该算法的具体实例,通过仿真实验证明该算法的有效性。