一种基于角速度观测器的抗干扰姿态控制地面验证系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于角速度观测器的抗干扰姿态控制地面验证系统及其控制方法，地面验证系统包括台下主控模块、台载控制计算机、姿态确定模块、执行机构模块以及三轴气浮台；所述地面验证系统是一类通用化验证系统，姿态确定模块选择该模块内不同敏感器组合验证敏感器失效等多种工况，通过台下主控模块选择台载控制计算机中姿态控制算法，完成不同姿态控制算法对比分析。所述基于角速度观测器的抗干扰姿态控制方法运行于台载控制计算机，能解决角速度信息缺失、载荷扰动情况下姿态控制系统可靠性差、抗干扰能力弱的问题。本发明专利技术的地面验证系统验证了基于角速度观测器的抗干扰姿态控制方法的有效性，提高了控制精度，适用于飞行器控制方法的地面仿真验证。

An anti jamming attitude control ground verification system based on angular velocity observer and its control method

The invention relates to an anti interference attitude angular velocity observer control ground verification system and its control method based on the ground verification system includes a main control module, load control computer, attitude determination module, the actuator module and the three axis air bearing table; the ground test system is a kind of universal authentication system, attitude determine the module selection within the module of different sensor verification of sensor failure conditions such as load control module selection, Taiwan attitude control algorithm in main control computer through the platform, complete the comparative analysis of different attitude control algorithm. The anti disturbance attitude control method based on angular velocity observer runs on the platform control computer. It can solve the problem of poor reliability and anti-interference ability of the attitude control system under the condition of missing angular velocity and load disturbance. The ground verification system of the invention verifies the effectiveness of the anti disturbance attitude control method based on the angular velocity observer, improves the control accuracy, and is applicable to the ground simulation validation of the vehicle control method.

【技术实现步骤摘要】
一种基于角速度观测器的抗干扰姿态控制地面验证系统及其控制方法
本专利技术涉及一种基于角速度观测器的抗干扰姿态控制方法及地面验证系统，可用于验证包括基于角速度观测器的抗干扰姿态控制方法在内的多种姿态控制方法；针对飞行器角速度信息的缺失和载荷扰动，提出了一种基于角速度观测器的抗干姿态扰控制方法，该方法能显著提高系统实时性、精度和稳定度，进一步改善姿控系统的控制性能，本专利技术属于飞行器的姿态控制领域。
技术介绍
航天器长期在轨运行期间，控制回路中需要引入姿态和角速度测姿态测量信息进行反馈控制。然而航天工程中并不能保证所有的状态信息都一直高精度可测。角速率陀螺出故障或者测量精度大幅下降都会限制基于姿态和角速度测量的全状态反馈控制器的运用。因此，研究无角速度测量状况下的航天器姿态控制符合航天工程提高系统可靠性和容错性的需求，高效、实用的无角速度测量信息的姿态控制器设计越来越受到人们的关注。在轨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，卫星本身又有载荷转动、帆板振动、执行机构误差、敏感器测量噪声等内部扰动。多源干扰严重影响航天器的控制精度，尤其是在轨航天器硬件固定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于角速度观测器的抗干扰姿态控制地面验证系统，其特征在于：所述地面验证系统包括：台下主控模块、台载控制计算机、姿态确定模块、执行机构模块以及三轴气浮台；所述姿态确定模块包括星敏感器、太阳敏感器、陀螺仪以及失效决策单元、无线发送单元；姿态确定模块中的星敏感器、太阳敏感器、陀螺仪用于实时获取飞行器三轴角度和三轴角速度信息，姿态确定模块中的失效决策单元可通过RS422总线向陀螺仪发送失效指令，同时通过无线发送单元向台载控制计算机发送敏感器失效指令；所述台载控制计算机包括姿态控制单元和无线接收单元，无线接收单元接收失效决策单元的敏感器失效指令以及台下主控模块的姿态控制方法的切换指令，姿态控制单元根...

【技术特征摘要】
1.一种基于角速度观测器的抗干扰姿态控制地面验证系统，其特征在于：所述地面验证系统包括：台下主控模块、台载控制计算机、姿态确定模块、执行机构模块以及三轴气浮台；所述姿态确定模块包括星敏感器、太阳敏感器、陀螺仪以及失效决策单元、无线发送单元；姿态确定模块中的星敏感器、太阳敏感器、陀螺仪用于实时获取飞行器三轴角度和三轴角速度信息，姿态确定模块中的失效决策单元可通过RS422总线向陀螺仪发送失效指令，同时通过无线发送单元向台载控制计算机发送敏感器失效指令；所述台载控制计算机包括姿态控制单元和无线接收单元，无线接收单元接收失效决策单元的敏感器失效指令以及台下主控模块的姿态控制方法的切换指令，姿态控制单元根据该切换指令完成姿态控制算法的选择与运行，姿态控制算法包括基于角速度观测器的抗干扰姿态控制方法、PID控制方法或鲁棒控制方法，为执行机构模块提供力矩控制指令；所述执行机构模块包括冷气推力器、力矩陀螺群、反作用飞轮组、偏置动量轮以及选择调度单元；执行机构模块的选择调度单元根据任务需求选择具体的执行机构类型；所述执行机构模块在接收台载控制计算机提供的力矩控制指令后，根据力矩控制指令输出力矩信号，输出力矩信号传给台载控制计算机；所述台下主控模块包括数据监测单元、无线发送单元、试验主控单元、集成优化单元；台下主控模块中的试验主控单元通过无线发送单元向台载控制计算机发送切换指令信号；数据监测单元存储不同姿态控制方法下的仿真实时运算数据，用于对比分析不同姿态控制方法下的控制效果；集成优化单元实现与ANSYS、STK、MATLAB的集成与二次开发；三轴气浮台作为仿真的支撑平台，姿态确定模块、台载控制计算机以及执行机构模块安装在气浮台面上，三轴气浮台的转动用来模拟飞行器在外层空间的姿态变化；地面验证系统中飞行器的期望姿态通过台载控制计算机输入，姿态确定模块中的失效决策单元向陀螺仪、台载控制计算机发送敏感器失效指令，姿态确定模块给出不含角速度信息的飞行器实际姿态，台载控制计算机接收敏感器失效指令后选择基于角速度观测器的抗干扰姿态控制方法，姿态控制算法解算出指令力矩信号并传送至选择调度单元确定的具体执行机构；执行机构在接收指令力矩信号后输出执行力矩信号，该力矩作用在三轴气浮台的台面引起台面转动，三轴气浮台模拟飞行器在外层空间的力学环境，姿态确定模块中的敏感器获取得到包括飞行器三轴转动角度和三轴转动角速度的姿态信息，飞行器姿态信息的实时数据传输给台下主控模块中的数据监测单元，该单元保存实时运算数据，同时该姿态信息传送至姿态确定模块；姿态确定模块得到的姿态信息与期望姿态作比较后获得新的偏差信号，形成了验证的数据流回路。2.根据权利要求1所述的基于角速度观测器的抗干扰姿态控制方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，建立飞行器系统动力学模型；其中，

【专利技术属性】
技术研发人员：乔建忠，张大发，郭雷，许昱涵，李文硕，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11