[发明专利]兼顾机动控制与稳定控制的挠性卫星姿态控制器及方法

说明书

本发明涉及兼顾机动控制与稳定控制的挠性卫星姿态控制器及方法，属于航天器姿态控制领域；包括调度逻辑模块、跟踪微分器、单神经元分流模块、第一控制器、第一结构滤波器、第二控制器和第二结构滤波器；以兼顾姿态机动控制与姿态稳定控制为目标，将非线性跟踪微分器和单神经元分流模块联合使用以实现压缩过渡过程并减小姿态超调量的控制方法；本发明实现了在大角度姿态机动时无需额外的机动路径规划，可以直接用目标姿态进行控制，并且在不延长机动时间的前提下有效确保姿态的平稳性。

技术领域

本发明属于航天器姿态控制领域，特别涉及一种兼顾机动控制与稳定控制的挠性卫星姿态控制器及方法。

背景技术

卫星在轨姿态控制任务通常包括两种：大角度的姿态机动控制和固定姿态(通常是零姿态)附近的姿态稳定控制。这两种控制的要求各有侧重：姿态机动控制强调过程的快速性和平稳性；姿态稳定控制强调固定姿态附近的稳态精度和姿态稳定度。由于任务要求和内在特点的不同，很难用一种结构固定、参数固定的控制律完成这两种控制任务。目前工程上最常用的做法是：一种控制结构、两套控制参数。对于带有挠性部件的卫星(简称挠性卫星)，控制结构多采用比例积分微分(PID)+结构滤波器形式，用两套不同的PID参数来适应这两种控制任务。这种做法的缺点是：参数切换过程中姿态不够平稳；大角度姿态机动需要配合机动规划来实施，且机动前后往往存在较大的姿态超调。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种兼顾机动控制与稳定控制的挠性卫星姿态控制器及方法，实现了在大角度姿态机动时无需额外的机动路径规划，可以直接用目标姿态进行控制，并且在不延长机动时间的前提下有效确保姿态的平稳性。

本发明解决技术的方案是：

本发明实施例提供一种兼顾机动控制与稳定控制的挠性卫星姿态控制器，包括：

调度逻辑模块，用于接收外部上层模块传来的目标姿态角θ_r和任务类型信息；当判定任务类型为姿态调节控制时，将目标姿态角θ_r发送至第一控制器，并置第二控制器的控制量为0，当判定所述任务类型为姿态机动控制时，则将目标姿态角θ_r发送至跟踪微分器，并置第一控制器的控制量为0；

跟踪微分器，用于对θ_r做非线性跟踪微分处理，生成跟踪姿态θ_td和跟踪姿态微分ω_td，将跟踪姿态θ_td发送至单神经元分流模块，将跟踪姿态微分ω_td发送至第二控制器；

单神经元分流模块，用于接收外部敏感器传来的外部挠性卫星的姿态角测量值θ，用θ_td减去θ得到姿态误差e，根据所述姿态误差e计算得到快速平滑的姿态误差信号ξ，将ξ发送至第二控制器；

第二控制器，用于接收所述外部敏感器传来的所述外部挠性卫星的角速度测量值ω，用跟踪姿态微分ω_td减去ω得到角速度误差e_ω；对ξ和e_ω依次进行比例、积分、微分处理，生成第一比例积分微分PID控制量，将所述第一PID控制量发送至所述第二结构滤波器；

第二结构滤波器，用于对所述第一PID控制量进二阶滤波处理，生成滤波后第一控制量，发送给外部执行器，以使所述执行器对挠性卫星进行控制；

第一控制器，用于接收所述外部敏感器传来的姿态角测量值θ和角速度测量值ω，用目标姿态角θ_r减去θ得到姿态误差θ_r-θ；角速度误差为-ω；对姿态误差θ_r-θ和角速度误差-ω依次做比例、积分、微分处理，生成第二PID控制量，将所述第二PID控制量发送至所述第一结构滤波器；

第一结构滤波器，用于对第二PID控制量进二阶滤波处理，生成滤波后第二控制量，发送给外部执行器，以使所述执行器对挠性卫星进行控制。