文档介绍：硕士学位论文
三轴角动量飞轮式卫星姿态
系统的鲁棒控制研究
ROBUST CONTROL RESEARCH ON ATTITUDE
SYSTEM OF A THREE-AXIS ANGULAR
MOMENTUM WHEEL SATELLITE
刘海龙
哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学硕士学位论文
三轴角动量飞轮式卫星姿态
系统的鲁棒控制研究
硕士研究生:刘海龙
导师:史小平教授
申请学位:工学硕士
学科:控制科学与工程
所在单位:航天学院
答辩日期:2011 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
: 623
Dissertation for the Master Degree in Engineering
ROBUST CONTROL RESEARCH ON ATTITUDE
SYSTEM OF A THREE-AXIS ANGULAR
MOMENTUM WHEEL SATELLITE
Candidate: Liu Hailong
Supervisor: Xiaoping
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Control Science and Engineering
Affiliation: Control Science and Engineering
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
本文以带挠性太阳能帆板的三轴零动量飞轮式稳定卫星的姿态控制系统
为研究对象,应用鲁棒控制理论对其进行了研究,以期对卫星姿态控制系统
的设计提供一些新的方法,为系统性能的提高与技术的改进提供理论支持。
本文主要进行了以下三方面的工作:
(1) 卫星姿态控制系统的数学建模。系统采用欧拉角描述方法,利用坐标
系变换建立卫星的运动学方程;根据动量矩定理建立刚体卫星的动力学方
程;又基于有限元分析的方法建立了挠性卫星的动力学方程,分别推导出共
位布局下卫星姿态控制系统约束模型和非约束模型的传递函数。
(2) 应用鲁棒控制理论进行控制器设计。推导出反作用飞轮下卫星姿态的
动力学方程,经合理假设建立卫星俯仰控制回路的简化模型;应用 H∞控制
理论,将鲁棒稳定与鲁棒性能统一于标准 H∞控制理问题,建立其模型;选
择合理的加权函数并对控制器进行求解,完成了控制器的设计。
(3) 对设计出的姿态控制系统进行仿真、分析及进一步的研究。基于奇异
值分析方法检验了系统的鲁棒稳定性与鲁棒性能;对设计中存在的零极点相
消问题进行了讨论;设计出姿态控制系统的 PID 控制器,并针对多种参数
摄动的情况,分别就 H∞控制器和 PID 控制器进行了仿真实验;基于仿真实
验结果,分别从定量和定性的角度,对比和分析了 H∞控制器和 PID 控制器
的各项性能指标。
关键词姿态控制;挠性卫星;鲁棒控制; H∞控制;三轴稳定
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
This thesis describes the attitude control system for the three-axis zero
momentum stabilization satellite with flexible solar panel. Thus, with the purpose
of improving the control system performance and technology, robust control
theory has been applied to obtain some new methodologies for attitude control
design. The main research in the thesis