【摘 要】
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论文以超低轨卫星为研究对象,相较于传统卫星,其所处的轨道高度属于热层与外层大气的空间,在轨运行时受到的气动干扰力矩相对传统中高轨卫星数值偏高,对于姿态控制系统设计来说不容忽视。除此之外,超低轨代表着卫星在执行对地某固定目标侦察时其过顶时间较短,因此要求超低轨卫星具有快速机动能力。为了解决以上问题,增强超低轨卫星的姿控系统跟踪精度、加强卫星快速机动能力,论文围绕不确定性较大的干扰力矩进行观测并补偿,
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论文以超低轨卫星为研究对象,相较于传统卫星,其所处的轨道高度属于热层与外层大气的空间,在轨运行时受到的气动干扰力矩相对传统中高轨卫星数值偏高,对于姿态控制系统设计来说不容忽视。除此之外,超低轨代表着卫星在执行对地某固定目标侦察时其过顶时间较短,因此要求超低轨卫星具有快速机动能力。为了解决以上问题,增强超低轨卫星的姿控系统跟踪精度、加强卫星快速机动能力,论文围绕不确定性较大的干扰力矩进行观测并补偿,同时进行合理的快速姿态控制方法设计,共研究了以下三部分内容:设计了一种基于扰动滑模观测器的快速姿态控制方法。针对外界气动干扰建模使仿真中外界干扰的设置增加合理性;设计三角函数型路径规划方法保证卫星大角度姿态机动过程的快速性,设计扰动滑模观测器对卫星所受外界气动干扰进行观测,设计带有干扰估计补偿量的改进型PD控制律保证超低轨卫星姿态控制系统稳定性。设计了一种基于干扰观测器的超低轨卫星有限时间姿态控制方法。针对观测器的观测效果进行深入探讨,设计了一类偏差纠正函数中带有低阶幂次项的扰动观测器;设计了一种具有有限时间收敛特性的扰动观测器,两种观测器都在估计速度与估计精度方面有所提升。为实现卫星实际姿态快速跟踪到设计路径,设计了一种终端滑模控制方法。提出了一种基于并行学习策略的扰动与故障估计及补偿方法。提供了一类扰动估计的新思路,将并行学习自适应辨识策略引入干扰估计,用辨识模块代替观测模块;把外界扰动视为系统未知动力学部分,并考虑了执行机构存在乘性故障与加性故障的情况,基于并行学习策略对干扰与故障同时进行估计与补偿,为保证闭环系统稳定设计了一种带有扰动和故障估计值的改进型滑模控制器。
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