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基于非线性模型预测控制的大型空间结构姿态机动

吴鹏程  文浩  陈提  金栋平  
【摘要】:针对以斜交构型控制力矩陀螺(CMG)为执行机构的欠驱动大型空间结构,开展了先进机动控制算法的研究。控制力矩陀螺作为执行机构,具有大输出力矩、长使用寿命、高精度和高稳定性等优点,因而在大型空间结构姿态控制领域,得到了广泛的应用。将航天器和控制力矩陀螺视作一个整体系统,建立动力学模型。通过以控制力矩陀螺的框架角速度的一阶导数作为输入变量,把控制力矩陀螺的奇异性问题转化为状态约束和输入约束问题。在考虑空间扰动的情况下,基于非线性模型预测控制方法(NMPC)设计了姿态机动控制律。仿真结果表明,在某些控制力矩陀螺发生故障而失效的情况下,该控制律依然能确保大型空间结构较快速平稳地实现姿态机动。

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