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一
第期航天控制证
挠性航天器旋转机动的变结构控制
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北京控制丁稃研究所
摘要奉文研究在控制器能量受限条件下, 一类挠挂航天器旋转机动的控制问
题考虑刚性主体上带有挠性粱的航天器并假定它在一平面内作旋转运动。本
文针对航天控制工程中执行机构的工作模式,
单易行的变结构控制方案, 并证明了相应的闭环系统的渐近稳定性数值仿真和
物理实验结果显示了所设计的控制算法的有效性
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引言
现代航天利技的迅速发展. 使得挠生航九的控制题成为空高科技研究坝域』
¨牛·体常特仃各种挠性附件. 如大型她物
面天线太刚板. 】机械臂等. ￡动力’博址由细常分方程¨犏微分方氍
国家自然科学基金重大课题资助项目
收稿日期年月日
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第期航天控制年
耦台的方程构成的无穷维系统。对于这样一种复杂系统的控制题,在以往的大量研究中
常见的处理方法是根据系统的主要特征, 用有穷维模型近似无穷维模型然后运用集中参
数控制系统理论, 设计各种控制方案, 如: 最优控制⋯、自适应控制、鲁棒控制【、
变结构控制等这些控制方案由于截断高阶模态, 理论上必然有“溢出”现象需要克
服: 另一方, 控制方案设计的复杂性使得它们在实际工程中较难实现。近年来,基于无
穷维模型的简单易行的控制方案的设计题引起人们广泛的重视, 提出直接应力反
馈控制. 提出并置边界反馈控制等但是, 在实际控制工程中, 控制器的能量
总是受限的、因此.【】,中提出的线性反馈控制方案不能直接应用到控制工程中。
本文正是针对控制器能量受限条件,研究一类挠性航天器的姿态机动控制问题。考虑
刚性主体上带有挠眭梁的航天器, 井假定它在平面内作旋转运动基于航天控制工程中的
“喷气一飞轮“执行机佝工作模式. 我们设计了简单易行的变结构控制方案, 然后运用无穷
维系统的不变原理, 证明了相应闭环系统的渐近稳定性。最后. 我们给出数值仿
真和物理实验结果, 以验证理论分析结果的正确性和所设计的控制算法的有效性。
动力学撵型与控制目的
考虑如图所示的挠生航天器, 它是由刚休和固连在刚体上的长度为,的均匀挠
:梁构成的系统假殳刚体的转动惯量为.,. 质心为. 其质量远大于挠性梁的质
量, 刚怵被限定只能绕通过点的垂直轴作旋转运动, 挠性梁￡在水平衙内运动。
没是以为原点· 以为垂直轴的轨道正交坐标系. 是以
为服点一与..币台的固连在刚体上的正交坐标系, 方向与梁未变眵时的方
向一致。

。
图挠性航天器的构形
没挠性粱质量密度为,, 抗弯刚度为,