[发明专利]一种基于输出反馈的抗干扰姿态控制验证平台及验证方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于输出反馈的抗干扰姿态控制验证平台及验证方法，属于航天器的姿态控制领域。

背景技术

随着空间技术的不断发展和航天需要的不断增长，越来越多的航天器携带有大型抛物面天线、太阳帆板、空间机械臂等挠性机构，这些挠性机构使航天器的功能日益强大，但同时也给航天器的姿态控制问题带来了严峻的考验，尤其是当航天器的控制精度要求较高时，如对地观测卫星、太空望远镜等。这种大挠性、低阻尼的结构一旦遇到外界干扰将产生了振动，振动将会严重影响有效荷载的正常工作，导致性能下降或失效。此外，航天器含有多源干扰，既包括太阳光压、大气阻力、空间尘埃等外部环境干扰，航天器本身又有帆板振动、执行机构误差、敏感器测量噪声等内部扰动。包含挠性部件振动干扰在内的多源干扰严重影响航天器的控制精度，尤其是航天器硬件固定的情况下，难以在硬件上进一步挖掘控制精度提升的空间，因此对抗干扰姿态控制方法的研究及应用成为提高控制精度的重要新途径。基于干扰观测器的控制能够充分利用干扰的特性，实现了干扰的高精度估计与补偿。此外，基于干扰观测器的控制易于与其它控制方式相结合，设计复合姿态控制器来同时实现干扰的补偿与抑制，从而提升挠性航天器的姿态控制精度。另外，现阶段大多数姿态控制方法都通过假定系统的全部状态可测来设计控制器。但在实际的航天工程中难以满足上述假设，如在部分测量敏感器出现故障的情况下。而且由于角速度测量成本等原因，越来越多的学者在研究无角速度量测的情况下的姿态控制问题，实际上是一种输出反馈的姿态控制问题。因此，基于输出反馈的抗干扰姿态控制方法具备很强的理论及实用意义。

姿控方法验证平台已经在航天器研制过程中得到了广泛应用，国内航天五院502所、航天八院812所，还有哈工大、清华、北航等高校都曾研制出姿控方法验证平台，但现有的姿控方法验证装置通常针对特定型号的航天器而研制，有的仅仅针对某特定航天任务，为验证某种特定方法搭建，忽略了挠性部件振动等干扰的影响，无法用于针对挠性部件振动干扰的多种抗干扰姿态控制方法研究。2010年7月发表于《北京航空航天大学学报》第36卷第7期的文献《基于气浮台的微小卫星姿态控制实时仿真》搭建了半物理仿真实验平台对单刚体微小卫星的姿态控制问题进行了实时仿真研究，其控制方法为传统PID控制方法，该方法不能有效抵消挠性部件振动带来的干扰，同时该试验平台无法完成多种抗干扰控制方法的测试分析。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于输出反馈的抗干扰姿态控制验证平台及验证方法，基于输出反馈的抗干扰姿态控制方法可以实现干扰的同时补偿与抑制，能显著提高系统实时性、精度和稳定度，可用于挠性航天器的高精度姿态控制；验证装置与验证方法可用于验证包括基于输出反馈的抗干扰姿态控制方法在内的多种姿态控制方法，并能够实现不同姿态控制方法下控制效果的测试分析，验证了基于输出反馈的抗干扰姿态控制方法的有效性。

所设计的一种基于输出反馈的抗干扰姿态控制方法验证平台，克服了现有姿态控制方法验证平台对挠性部件振动干扰研究的缺失，该验证平台可以研究航天器飞行过程中来自挠性部件振动对控制系统的影响并进行综合分析，同时通过切换不同控制信号，姿态控制单元逐次验证多种控制方法，试验主控模块中的数据存储分析与对比测试单元能够完成包括基于输出反馈的抗干扰姿态控制方法在内的多种控制方法的对比测试分析。针对带有挠性机构的航天器，克服现有技术的不足，利用已知信息，设计一种基于输出反馈的抗干扰姿态控制方法，实现了干扰的同时补偿与抑制，从而提升姿态控制系统的鲁棒性、控制精度和抗干扰能力。