1.一种基于角度测量的航天器姿态解耦最优控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、考虑航天器姿态运动方程:其中,
分别是惯性矩阵、斜对称矩阵和转换矩阵;ω=[ωx ωy ωz]T、M=[Mx My Mz]T、q=[γ ψ θ]T分别是角速度向量即滚转角、外部力矩向量即偏航角和姿态角向量即俯仰角;将航天器姿态系统分为三个子系统即俯仰子系统、偏航子系统和滚转子系统;
定义变量xlz=θ, 得到俯仰子系统:yz=θ,
其中,
定义变量xly=ψ, 得到偏航子系统:yy=ψ,
其中,
定义变量xlx=γ, 得到滚转子系统:yx=γ,
其中,
S2、将俯仰子系统、偏航子系统和滚转子系统中的耦合作用fx,fy,fz作为干扰,进而将上述俯仰子系统、偏航子系统和滚转子系统描述为标准的状态空间方程形式,即:其中,
C=[1 0];
S3、先用观测器将航天器姿态系统的不可测状态和干扰进行估计,其次,忽略干扰的影响,针对标称系统进行最优控制设计,最后,考虑干扰的影响,设计复合控制器。
2.根据权利要求1所述的基于角度测量的航天器姿态解耦最优控制方法,其特征在于:所述S3的具体步骤如下:S31、状态重构与干扰辨识针对每个子系统,基于比例-积分观测器完成状态重构与干扰辨识,设计如下观测器:其中,L1z,L2z和L3z为增益矩阵,是通过极点配置来确定的;
S32、标称控制器设计
S321、对于俯仰子系统,标称系统为:根据二次型最优跟踪控制理论,定义如下的性能函数:其中,uz=Mz,ez=yz-yrz表示跟踪误差,Qz和Rz为加权矩阵。最小化性能函数Jz,得到:uz=-Kzxz+Hzyrz,其中, Pz为如下Riccati方程唯一、正定、对称解:
S322、对于滚转子系统,标称系统为:同样根据二次型最优跟踪控制理论,定义如下的性能函数:其中,ux=Mx,Qx和Rx为加权矩阵,最小化性能函数Jx,得到:ux=-Kxxx,
其中, Px为如下Riccati方程唯一、正定、对称解:S323、对于偏航子系统,标称系统为:定义如下的性能函数:
其中,uy=My,ey=yy-yrz表示跟踪误差,Qy和Ry为加权矩阵,最小化性能函数Jy,得到:uy=-Ky(θ)xy+Hy(θ)yry,其中,
Py(θ)为如下Riccati方程唯一、正定、对称解:S33、复合控制器设计
为了消除通道之间的耦合作用对控制性能的影响,设计干扰补偿器,最终的复合控制器为标称控制器与补偿器之和,补偿器增益设计如下:βi=-{C[A-BiKi]-1Bi}-1C[A-BiKi]-1,则复合控制器为:
其中,i=x,y,z。