最新录用 | 非线性时变惯性挠性航天器姿态控制的全驱动系统方法

Tian-Yi ZHAO & Guang-Ren DUAN. Fully actuated system approach to attitude control of flexible spacecraft with nonlinear time-varying inertia. Sci China Inf Sci, DOI: 10.1007/s11432-021-3349-3

在实际工程中，由于液体晃动和燃料消耗，挠性航天器的惯性矩通常与姿态角、角速度和时间t呈非线性和时变关系。在这种情况下，挠性航天器的姿态控制是一个时变非线性控制问题，因此变得更具挑战性。

针对具有非线性时变惯性的挠性航天器姿态控制问题，提出了一种高阶全驱动（HOFA）系统方法。与大多数已有结果不同，该方法保证了具有任意可分配特征值的线性时不变闭环系统。

首先，利用状态变换和变量消去法，从系统的动力学方程出发，建立了姿态系统的HOFA模型。然后，利用所得到的HOFA系统的全驱动特性，完全消除系统中的非线性，得到具有任意可赋值特征值的线性定常系统。最后，针对姿态稳定和姿态机动两个问题设计了控制律，并基于实际工程参数进行了仿真，验证了该方法的有效性。

值得注意的是，尽管所提出的方法是基于精确已知的开环系统，但也可以扩展到不确定系统的情况。已有一些工作在理论层面上对所考虑的系统受到不确定性、外部干扰和未知参数影响的情况进行了深入研究。本文只考虑完全状态反馈的情况，下一步工作将通过设计基于观测器的状态反馈控制律，处理柔性模态不可测的情况。

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