[发明专利]一种复空间滑模控制方法

说明书

本发明提出了一种复空间滑模控制方法。包括以下步骤：S1，对被控系统进行状态变换，分离系统低阶待控模态与高阶模态，且分离模态与其共轭项，以适应滑模控制器设计；S2，在复数域中定义实变量切换函数，设计控制器状态转换的复滑模面；S3，在复空间中设计滑模控制器，并考虑作动器输入饱和时的情况设计非线性控制算法。本发明可为具有复模态特征的系统的控制器的设计，提高对航天器振动系统主动控制能力。

技术领域

本发明涉及振动控制研究领域，具体设计一种考虑控制器饱和的复空间滑模控制方法。

背景技术

挠性结构的弹性振动是影响航天器姿态的主要扰动源之一，因此对挠性结构的实时振动控制是提高航天器指向精度和姿态稳定度的重要途径，对于航天器姿态控制具有重要的意义。

随着航天任务复杂化、多样性的要求，航天器上带有单个或多个可转动的挠性结构。这些挠性结构由于任务的需要而相对于航天器本体作大范围刚体运动。与传统系统相比，由于考虑了结构阻尼和陀螺效应，这类系统的状态空间表征隶属于复数域。然而已有的控制器大多针对实数域空间设计，不适用于复数域空间的振动控制问题。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种复空间滑模控制方法，该方法解决了复空间中滑模控制器设计的问题，提高对航天器振动系统主动控制能力。

本发明为考虑控制器饱和的复空间滑模控制方法，通过以下技术方案予以实现，包含以下步骤：

S1，对被控系统进行两次状态变换，分离系统低阶待控模态与高阶模态，且分离模态与其共轭项，以适应滑模控制器设计；

S2，在复数域中定义实变量切换函数，设计控制器状态转换的复滑模面；

S3，在复空间中设计滑模控制器，并考虑作动器输入饱和时的情况设计非线性控制算法。

本发明采用的技术与现有技术相比，具有以下优点：

本发明针对复空间表示下的系统，提出并设计了一种考虑控制器饱和的滑模控制器，是针对复模态，考虑控制器饱和，设计复滑模面以进行控制器切换，针对控制输入的有界特征，设计非线性控制算法。将控制器理论拓展至复空间，解决了复模态振动系统主动控制的难题，对于旋转系统、含结构阻尼系统的动力学控制具有重要的价值。

附图说明

图1本发明的方法流程图

具体实施方式

下面结合附图详细说明具体实施方式。

本发明设计步骤主要有三步，如图1所示：

步骤S1：对被控系统状态进行转换，分离系统低阶待控模态与高阶模态，且分离模态与其共轭项，以适应滑模控制器设计；

子步骤S11：分离系统低阶模态与高阶模态；

在模态可测的情况下，复空间下系统状态方程可表示为

式中，x为系统状态，分为x_1～n和x^*_1～n共轭的两部分复向量，d为外部干扰力向量，λ为系统的特征值向量，u为控制量，B为控制输入与系统状态的关系矩阵

将模态坐标x_1～n分为两个子向量

式中n为系统模态阶数，m为作动器数量。

式(1)可写为

定义状态转换