【技术实现步骤摘要】
考虑网络传输以及执行器饱和的航天器自抗扰控制方法
本专利技术属于空间机器人网络化控制系统伺服控制领域，涉及一种考虑网络传输以及执行器饱和的航天器自抗扰控制方法。
技术介绍
航天器姿态控制是航天器在规定或预先确定的参考方向上定向的过程，但由于在轨运行的航天器不可避免地受到重力梯度力矩、太阳光压力矩、气动力矩等各种外部环境的干扰以及有效载荷活动部件的转动、飞轮安装误差及难于精确建模的摩擦、挠性结构的耦合等内部干扰。因此，航天器姿态控制是一个多输入多输出、强耦合的不确定非线性系统。为了确保对复杂环境下的航天器实施精准的姿态控制，目前相关研究人员已提出PID控制、滑模控制、最优控制等控制策略。其中，PID控制方法虽然简单有效，随着对控制精度要求的不断提高和系统特性的复杂多变，PID控制显示了其不足之处；滑模控制鲁棒性强，干扰抑制效果较好，但是会出现系统输出抖振等现象，在要求高精度的航天器姿态控制中，这种抖动是不能容忍的；最优控制是依赖于模型设计的，鲁棒性不强的控制策略，这从一定程度上限制了它在要求高可靠性的航天工程领域的应用。同时随着计算机网络技术的发展，网络和控制结合的...
【技术保护点】
1.考虑网络传输以及执行器饱和的航天器自抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：构建带有执行器饱和的航天器系统姿态动力学模型；第二步：设计跟踪微分器；第三步：设计非线性采样扩张状态观测器，估计系统状态和非线性不确定项；第四步：设计复合控制器；第五步：求解航天器姿态跟踪误差状态的收敛域以及抗饱和系数。
【技术特征摘要】
1.考虑网络传输以及执行器饱和的航天器自抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：构建带有执行器饱和的航天器系统姿态动力学模型；第二步：设计跟踪微分器；第三步：设计非线性采样扩张状态观测器，估计系统状态和非线性不确定项；第四步：设计复合控制器；第五步：求解航天器姿态跟踪误差状态的收敛域以及抗饱和系数。2.根据权利要求1所述的考虑网络传输以及执行器饱和的航天器自抗扰控制方法，其特征在于，步骤一中，航天器近似为刚体，由动量矩定理，将其动力学方程写成：其中，J＝diag(Jx,Jy,Jz)为沿航天器本体主惯量轴的转动惯量矩阵，diag(·)表示对角矩阵，ω＝[ωx,ωy,ωz]T为航天器相对惯性坐标系的瞬时转速在本体坐标系中的矢量，上标T表示向量或者矩阵转置，定义斜对称矩阵S(ω)为：d(t)＝[dx,dy,dz]T为作用在航天器上的外干扰力矩矢量，sat(u(t))＝[sat(u1),sat(u2),sat(u3)]T为饱和控制力矩矢量，sat(uj(t))，j＝1,2,3的具体表达式如下：sat(uj(t))＝sign(uj(t))min(|uj(t)|,1)其中，sign(·)为符号函数：如果uj(t)＞0，sign(uj(t))＝1；uj(t)＝0，sign(uj(t))＝0；uj(t)＜0，sign(uj(t))＝-1；采用欧拉角描述航天器的姿态，其运动学方程为：其中，θ和ψ分别为航天器的滚转角、俯仰角和偏航角，和分别为航天器的滚转角速度、俯仰角速度和偏航角速度；联立式(1)和(2)，得到带有执行器饱和的航天器姿态动力学模型：其中，为系统状态，并且f(x(t))＝[fx,fy,fz]T为系统中耦合以及外部干扰带来的非线性不确定项，并且：系数矩阵A1、B1和C1分别为：Bp＝diag(b1,b2,b3)，其中，03×3和I3×3分别表示三阶零矩阵和三阶单位矩阵。3.根据权利要求1所述的考虑网络传输以及执行器饱和的航天器自抗扰控制方法，其特征在于，步骤二中，跟踪微分器如下：其中，为航天器姿态角的期望值并作为跟踪微分器的输入信号，v1(t)＝[v11(t),v12(t),v13(t)]T和v2(t)＝[v21(t),v22(t),v23(t)]T为跟踪微分器的输出信号，并且v1(t)是x1d(t)的跟踪信号，v2(t)是x1d(t)的近似微分信号，r0和h分别为跟踪微分器的速度因子和滤波因子；fhan(t,r0,h)＝[fhan1(t,r0,h),fhan2(t,r0,h),fhan3(t,r0,h)]T，并且fhanj(t,r0,h)的表达式为：忽略跟踪微分器对信号造成的误差，即假设x1d(t)＝v1(t)，4.根据权利要求3所述的考虑网络传输以及执行器饱和的航天器自抗扰控制方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁源，于洋，袁建平，孙冲，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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