[发明专利]一种克服周期性活动部件影响的强抗扰复合控制方法

说明书

本发明涉及一种克服周期性活动部件影响的强抗扰复合控制方法，属于航天器姿态控制领域；综合利用快速傅里叶变换(FFT)和扩张状态观测器(ESO)估计周期性干扰，在此基础上根据角动量守恒原理设计等效前馈补偿律，且利用模糊逻辑系统调整干扰力矩前馈补偿时刻值，并根据是否处于前馈补偿期间而动态调整PID控制器的增益。与现有方法相比，本方法无需进行系统辨识、无需过多的模型先验知识，以简洁的控制律实现了较好的抗扰效果；本发明用于具有周期性干扰的卫星姿态控制中，可有效改善系统的姿态控制精度和姿态稳定度。整个方法系统性强，过程清晰，易于实现。

技术领域

本发明属于航天器姿态控制领域，涉及一种克服周期性活动部件影响的强抗扰复合控制方法。

背景技术

大型长寿命卫星通常携带众多不同类型载荷，卫星动力学特性复杂，控制要求高。对于成像类载荷，卫星平台的姿态稳定度是一个重要技术指标。在挠性振动、液体晃动、部件运动等多种干扰因素影响下，提高星体姿态稳定度是比较困难的。在星上众多干扰源中，周期性活动部件的低频运动干扰是常见且影响比较显著的。星上常见的周期性活动部件有扫描相机、扫描天线、太阳帆板驱动机构(SADA)等。尤其是SADA，这是几乎所有三轴稳定卫星都需要的一个重要部件。SADA通常由步进电机驱动，步进时的阶跃干扰力矩显著。在高稳定度遥感卫星中，多采用细分驱动方式来降低SADA的单步运动干扰。这需要在硬件上进行专门设计，系统代价比较大。因此，针对周期性运动干扰，有必要从控制方法上加以改进，尽可能提升其抵抗运动干扰的能力。

针对未知周期性干扰，现有控制方法主要分为3类：1)当干扰无法测量，但周期已知时，一般采用基于内模原理的重复控制，这是一种反馈控制，但存在较大未建模动态时，系统稳定性不易保障；2)当干扰可以直接测量或事先已知时(这些条件在工程上通常很难满足)，一般采用前馈为主的控制方法，包括逆动力学方法和有限脉冲响应方法等；3)对于具有未知(周期未知或幅值未知)确定性干扰的卫星姿态控制，现有文献的做法主要是采用系统辨识方法建立干扰模型、模型参数的不确定通过改进反馈控制律的鲁棒性来保证。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种克服周期性活动部件影响的强抗扰复合控制方法，用于具有周期性干扰的卫星姿态控制中，可有效改善系统的姿态控制精度和姿态稳定度。整个方法系统性强，过程清晰，易于实现。

本发明解决技术的方案是：

一种克服周期性活动部件影响的强抗扰复合控制方法，包括如下步骤：

步骤一、设定角速度测量周期为h，时间序列记为t₁,t₂,…,t_k,…；当前角速度测量值为ω(k)；

步骤二、以卫星角速度测量序列ω(k-N+1)、…ω(k-1)、ω(k)作为输入，采用快速傅里叶变换法，输出周期性运动干扰的首个谐波频率f_d，并计算运动干扰周期Δt_d；

步骤三、计算当前时刻角加速度估算值z₂(k)；计算周期性干扰力矩的幅值T_d(k)；并获得周期性干扰力矩的最大幅值T_d,max；

步骤四、将周期性干扰力矩的幅值T_d(k)从0上升到0.1*T_d,max的时刻记为t_s，同一运动干扰周期Δt_d内，周期性干扰力矩的幅值T_d(k)从T_d,max下降至0.1*T_d,max的时刻记为t_f；计算每个动干扰周期Δt_d内的前馈补偿时长Δt_c；计算干扰周期的采样点数N_d和前馈补偿时长内的采样点数N_c；