白圣建，黃新生
國防科技大學機電工程與自動化學院，湖南長沙

摘　　　要：撓性航天器在姿態機動過程會受環境干擾力矩的作用，研究有擾情況下撓性航天器的姿態跟蹤控制問題。首先，設計了干擾觀測器在線估計頻率已知的外部干擾信號，然后，基于干擾觀測器設計了非線性反饋姿態跟蹤控制器以跟蹤目標姿態，并且該控制器只需要誤差四元數和角速度的反饋信息。其次，采用Ｌｙａｐｕｎｏｖ方程和Ｂａｒｂａｌａｔ引理證明了控制系統的全局漸近穩定性；為簡化分析，在證明過程中采用集中參數法將高維分塊對稱矩陣轉化為低階矩陣。較后，針對外部干擾為常值干擾和周期干擾的情況，分別進行了仿真分析。仿真結果表明，干擾觀測器可以漸近跟蹤外部干擾，基于觀測器的非線性反饋控制器滿足姿態跟蹤控制要求，是有效的。

關　鍵　詞：撓性航天器；姿態跟蹤；干擾；Ｂａｒｂａｌａｔ引理

１　引　言
越來越多的空間任務要求航天器進行姿態跟蹤控制。撓性航天器姿態控制是要使撓性航天器的本體坐標系跟蹤慣性空間中的目標坐標系，并且對柔性結構的彈性振動進行抑制／控制。由于空間撓性航天器會受到外部干擾，因此需要研究有擾情況下的姿態跟蹤控制問題。有擾情況下剛體航天器的姿態跟蹤控制問題已得到較好的解決［１］。較近，有擾情況下撓性航天器的姿態跟蹤控制問題引起學者們的關注［２�玻担荨Ｎ墨I［２］設計了帶有符號項的非線性ＰＤ控制器。文獻［３］設計了滑模控制器跟蹤目標姿態，并利用智能材料對柔性結構進行振動控制。Ｇｅｎｎａｒｏ針對撓性航天器的姿態跟蹤／機動問題進行了大量的研究工作［４�玻担荨Ｋ�在文獻［４］中提出了一類非線性反饋控制器，該控制器較好地解決了撓性航天器的姿態穩定／機動問題，但沒有考慮有擾情況。本文研究有擾情況下撓性航天器的姿態跟蹤控制問題。基于干擾觀測器設計非線性反饋姿態跟蹤控制器。采用Ｌｙａｐｕｎｏｖ函數和Ｂａｒｂａｌａｔ引理證明閉環系統的穩定性，為簡化分析和利于控制器設計，在證明過程中，引入集中參數法將高維分塊對稱矩陣的正定性問題轉化為低階情況進行判別。

登錄網站后可下載文件