【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星姿态控制，尤其涉及一种面向多体柔性平台的姿态控制方法。
技术介绍
1、含有运动挠性附件卫星平台的典型例子包括具有对日定向帆板的光学或通信卫星，以及具有大型对地扫描反射面天线卫星等，这类卫星需要实现挠性附件的一维或多维驱动控制，并对挠性振动进行抑制。上述控制需求对于传统的姿态控制结构和控制方法提出了很大的挑战，特别是“卫星姿态-附件指向-附件振动抑制”多个方面高度耦合，传统控制技术的低增益、弱阻尼、被动稳定等特性将无法满足这类复杂卫星复合控制的实时性、高精度控制需求，迫切需要寻求新型控制结构及方法开展高性能复合控制系统设计。
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，对含有受控柔性附件的多体柔性卫星平台进行了控制结构划分和设计，有效提升了受控柔性附件驱动控制性能及振动抑制效果。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，包括：
3、基于微元法，对多体柔性卫星平台进行动力学建模，得到动力学模型；其中，多体柔性卫星平台，包括：中心刚体b和若干受控柔性附件ai；
4、基于动力学模型，利用模态恒等式，对各受控柔性附件ai的振动模态进行分解，完成控制空间的划分；
5、在控制空间划分基础上，开展系统控制器设计，并基于设计的系统控制器进行姿态控制。
6、在上述面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法中，动力学模型，包括：受
7、在上述面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法中，受控柔性附件ai的振动方程表示如下：
8、
9、其中，d表示阻尼矩阵，λ2表示刚度矩阵，η表示受控柔性附件ai的模态坐标，表示受控柔性附件ai的振动与卫星平动的耦合系数阵，ri表示各受控柔性附件ai变形前的固连坐标系相对中心刚体b的固连坐标系fb的转换矩阵，v0表示卫星非引力速度，ω表示卫星绕系统质心o旋转的惯性角速度，c表示系统质心o相对中心刚体b的质心ob的矢量，表示受控柔性附件ai的振动与卫星转动的耦合系数阵，表示受控柔性附件ai的振动与转动的耦合系数阵，ωi表示各受控柔性附件ai变形前的固连坐标系相对中心刚体b的固连坐标系fb的相对转速。
10、在上述面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法中，系统质心相对运动方程表示如下：
11、
12、其中，表示各受控柔性附件ai变形前的质心相对铰链点oi的矢量，表示受控柔性附件ai的质量，ms表示系统总质量，mb表示中心刚体b的质量mb，fbj表示中心刚体b所受引力以外的外力，表示受控柔性附件ai所受引力以外的外力。
13、在上述面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法中，系统转动动力学方程表示如下：
14、
15、其中，is表示卫星相对系统质心o的转动惯量，ji表示受控柔性附件ai相对铰链点oi的转动惯量，hw表示中心刚体b角动量交换机构的角动量，td表示卫星所受环境力矩，rbj表示作用在中心刚体b上的外力的作用点相对于系统质心坐标系的位置矢量，表示受控柔性附件ai所受外力相对系统质心形成的力矩。
16、在上述面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法中，受控柔性附件ai的转动动力学方程表示如下：
17、
18、其中，表示受控柔性附件ai变形前相对铰链点oi的惯量矩阵，ci表示受控柔性附件ai的质心相对于附件本体坐标系的位置，oi表示铰链点oi相对系统质心o的坐标，表示中心刚体b施加给受控柔性附件ai的铰链力矩，表示受控柔性附件ai所受引力以外的外力所产生的作用力矩。
19、在上述面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法中，基于动力学模型，利用模态恒等式，对各受控柔性附件ai的振动模态进行分解，包括：
20、确定受控柔性附件ai的模态恒等式：
21、
22、其中，e3表示3*3的单位矩阵；
23、记：的正定的平方根为空间投影矩阵为t，空间投影矩阵t的正交补矩阵为s，则有：
24、
25、满足：
26、
27、以及：
28、
29、其中，u表示φ的正交分解矩阵，φ表示受控柔性附件的振型矩阵，e表示nq*nq的单位矩阵，nq表示受控柔性附件ai划分的有限单元数，mi表示受控柔性附件ai的nq个单元质量阵组成的对角阵；
30、将3×nq维模态坐标η分别投影到三维空间和3×(nq-1)维正交补空间，记：
31、ζ＝tη，ζ＝sη
32、其中，ζ表示转动模态坐标，ζ表示正交补模态坐标；
33、将η分解为：
34、η＝ttζ+stζ
35、分别用t、s左乘受控柔性附件ai的振动方程，得到：
36、
37、基于受控柔性附件ai的模态恒等式，整理得到分离后的受控柔性附件ai的模态方程：
38、
39、其中，d表示受控柔性附件挠性模态的阻尼阵。
40、在上述面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法中，系统控制器设计，包括：受控柔性附件ai的pd控制律设计和中心刚体b的pid控制律设计。
41、在上述面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法中，受控柔性附件ai的pd控制律表示如下：
42、
43、其中，kd表示pd控制律的微分控制系数阵，kp表示pd控制律的比例控制系数阵，δωi表示受控柔性附件ai的角速度控制误差，qiv表示受控柔性附件ai的误差四元数的矢量部分。
44、在上述面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法中，中心刚体b的pid控制律tpid表示如下：
45、tpid＝-is(2kpqv+kdδω+2ki∫qvdt)
46、其中，kp表示pid的比例系数阵，kd表示pid的微分系数阵，ki表示pid的积分系数阵，qv表示中心刚体b的误差四元数的矢量部分记，δω表示角速度控制误差，t表示系统时间。
47、本专利技术具有以下优点：
48、(1)本专利技术公开了一种面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，对含有受控柔性附件的多体柔性卫星平台进行了控制结构划分和设计，有效提升了受控柔性附件驱动控制性能及振动抑制效果。
49、(2)本专利技术公开了一种面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，可实现受控柔性附件驱动和挠性振动抑制的一体化主动控制，并且控制效果相比单纯采用附件平稳驱动并依赖挠性振动自身阻尼进行被动稳定具有更好的控制效果。
50、(3)本专利技术公开了一种面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，可通过增加特定的非零空间的挠性补偿量实现快速稳定，相比过去传统振动主动抑制方法，本专利技术具有更好的针对性，挠性振动控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，动力学模型，包括：受控柔性附件Ai的振动方程、系统质心相对运动方程、系统转动动力学方程和受控柔性附件Ai的转动动力学方程。
3.根据权利要求2所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，受控柔性附件Ai的振动方程表示如下：
4.根据权利要求3所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，系统质心相对运动方程表示如下：
5.根据权利要求4所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，系统转动动力学方程表示如下：
6.根据权利要求5所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，受控柔性附件Ai的转动动力学方程表示如下：
7.根据权利要求6所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，基于动力学模型，利用模态恒等式，对各受控柔性附件Ai的振动模态进行分解，包括：
8.根据权利要求7所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征
9.根据权利要求8所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，受控柔性附件Ai的PD控制律表示如下：
10.根据权利要求9所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，中心刚体B的PID控制律TPID表示如下：
...【技术特征摘要】
1.一种面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，动力学模型，包括：受控柔性附件ai的振动方程、系统质心相对运动方程、系统转动动力学方程和受控柔性附件ai的转动动力学方程。
3.根据权利要求2所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，受控柔性附件ai的振动方程表示如下：
4.根据权利要求3所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，系统质心相对运动方程表示如下：
5.根据权利要求4所述的面向多体柔性卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，系统转动动力学方程表示如下：
6.根据权利要求5所述的面向多体柔...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘一武，陆栋宁，陈守磊，严欣颖，沈莎莎，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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