1.一种用于刚体微纳卫星的固定时间抗干扰姿态控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:针对刚体微纳卫星在运行过程中所受到的多源干扰进行分析,在此基础上建立受扰系统的动力学模型;
步骤2:基于步骤1建立的受扰系统的动力学模型,构造自适应干扰观测器对刚体微纳卫星在运行过程中由于飞轮转子不平衡产生周期性谐波扰动进行在线估计;
步骤3:结合基于干扰观测器的控制方法和固定时间控制理论设计固定时间抗干扰姿态控制器,求解观测增益和固定时间抗干扰姿态控制器增益。
2.根据权利要求1所述的用于刚体微纳卫星的固定时间抗干扰姿态控制方法,其特征在于:所述步骤1中,受扰系统的动力学模型如下:其中, 表示系统状态向量, 是x(t)的导数;u(t)为系统控制输入;
A0,B0和B1分别为已知系数矩阵;d1(t)表示卫星自身造成的不确定性扰动和环境干扰力矩;
d0(t)代表由刚体微纳卫星在运行过程中由于飞轮转子不平衡产生周期性扰动,表示频率和幅值未知的谐波干扰,由以下模型表示:其中,w(t)为干扰模型的状态向量, 是状态w(t)的导数,M和N为未知常数矩阵,其中M的所有特征值均在虚轴上。基于sylvester矩阵方程对上述干扰模型进行变换得到如下形式:其中,z(t)为变换后的干扰状态, 是干扰状态z(t)的导数,G为赫尔维茨矩阵,C为常数矩阵,且(G,C)是可控的,ηT是未知变量。
3.根据权利要求1所述的用于刚体微纳卫星的固定时间抗干扰姿态控制方法,其特征在于:所述步骤2中,自适应干扰观测器构造如下:其中,v(t)是干扰观测器的状态, 是v(t)的导数,L是自适应干扰观测器增益矩阵,满足LB0=C,为自适应参数, 是z(t)的估计值, 是干扰d0(t)的估计值。
4.根据权利要求1所述的用于刚体微纳卫星的固定时间抗干扰姿态控制方法,其特征在于:所述步骤3中,固定时间抗干扰姿态控制器为:其 中 K 1 ,K 2 为 控 制 增 益 矩阵 ,为已知正定对称矩阵且P=X-1; 是 的转置,e(t)是观测误差;V1,V2分别由 及 确定,Q1、Q2满足:其中
v,μ为固定时间参数,n为系统状态的维数,s为干扰状态的维数,In,Is分别表示n维和s维的单位矩阵,γ为待设计参数,
5.根据权利要求4所述的针对刚体微纳卫星的固定时间抗干扰姿态控制方法,需要对包含观测误差系统和闭环系统的复合系统进行处理。首先定义观测误差系统,然后将固定时间抗干扰姿态控制器带入原受扰系统中得到闭环系统,最后基于闭环系统与观测误差系统得到复合系统。具体如下:(1)定义观测误差e(t),得到观测误差系统 其中e(t)为所述观测误差, 为e(t)的导数,
(2)将固定时间抗干扰姿态控制器代入原受扰系统可得闭环系统为:(3)将闭环系统与观测误差系统进行复合,得到复合系统为:(4)通过等式LB0=C,求解自适应干扰观测器的增益矩阵L,以使观测器的跟踪性能和收敛速度满足设定要求。利用线性矩阵不等式方法调节固定时间抗干扰姿态控制器的增益矩阵K,以对所述刚体微纳卫星通过固定时间抗干扰姿态控制策略进行镇定,即存在正定对称矩阵 矩阵R1,R2,常数ε和α,使得下列矩阵不等式成立其中
Iv=diag{(1+v)In,Is},Iμ=diag{In,(1+μ)Is}且自适应参数为: