[发明专利]卫星姿态控制系统的转动惯量确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星姿态控制系统的转动惯量确定方法，涉及卫星控制技术领域。

背景技术

在轨运行的卫星不可避免地存在转动惯量的不确定，卫星转动惯量的测量会不可避免地产生误差，在轨运行时向阳面和背阳面环境温度影响，也会引起转动惯量变化，所以分析卫星转动惯量的不确定性对卫星在轨稳定运行和机动有着非常重要的意义。而目前针对卫星转动惯量不确定性的分析多停留在仿真验证阶段，针对给定的转动惯量拉偏范围，在控制器设计阶段不考虑不确定性，在控制器设计完成后，通过仿真的方法来验证所设计的控制器是否能够在该范围内稳定，进而调整控制器结构，缺乏严谨的理论依据，并且不能够计算出闭环系统转动惯量精度的变化范围。基于以上问题，提供一种有理论依据的分析卫星转动惯量不确定性的方法是非常有意义的。卫星姿态控制系统中，很大部分方法是通过仿真确定转动惯量拉偏的范围，缺乏理论上的指导，现有技术中没有给出分析转动惯量拉偏的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种卫星姿态控制系统的转动惯量确定方法，以确定卫星姿态控制系统中转动惯量的精确变化范围。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种卫星姿态控制系统的转动惯量确定方法，所述方法是基于多项式矩阵胞的卫星姿态控制系统的鲁棒稳定性分析来实现的：把卫星姿态控制系统(闭环系统)中的转动惯量不确定性表示为多项式矩阵胞的形式，然后运用鲁棒稳定性分析的方法确定出转动惯量的变化范围。

所述基于多项式矩阵胞的卫星姿态控制系统的鲁棒稳定性分析的具体过程为：

步骤一、考虑卫星的转动惯量不确定性，并把不确定性项当做干扰来处理，建立包含不确定性的卫星姿态控制系统的状态空间表达为：

x·(t)=Ax(t)+Bww(t)+Buu(t)]]>

z(t)＝C₁x(t)+D_zww(t)+D_zuu(t)

y(t)＝C₂x(t)

其中x(t)是卫星姿态角速度和卫星姿态角，w(t)是外界干扰、量测噪声和转动惯量不确定性组成的向量，u(t)是执行机构输出控制力矩，z(t)为H_∞控制指标，是与系统输出相关的向量，y(t)为系统输出向量；A,B_w,B_u,C₁,D_zw,D_zu,C₂是参数矩阵(A,B_w,B_u,C₁,D_zw,D_zu,C₂体现了适当维数的矩阵，表示系数矩阵，是常量)；

步骤二、针对步骤一建立的状态空间表达，设计如下所示的状态反馈控制器，控制器具体结构如下：

u(t)＝K₁x(t)

其中K₁为所要求解的定常控制器参数；

步骤三，求解步骤二中的定常控制器参数：首先运用有界实引理来满足H_∞范数的约束，另外考虑到卫星控制力矩满足如下约束：