题目：挠性航天器姿态抗干扰控制

随着未来航天任务对航天器的要求的提高，航天器不仅需要高精度的姿态，其结构也越来越复杂，往往会携带一些低刚度、低质量的挠性附件，如由挠性网状天线和太阳帆板等。大型复杂卫星的高精度、长寿命发展方向对控制系统姿态控制精度提出了更高的要求。复杂环境下航天器受到的干扰包括建模误差、内部测量误差、控制误差和部件振动，以及外界环境干扰力矩等。各种干扰对姿态控制性能的影响，成为制约姿态控制性能提高的瓶颈。本文针对挠性航天器控制系统，系统分析各项干扰力矩的作用和模型，并分别设计基于内模和基于干扰观测器的复合控制方法，有效地抑制了各项干扰，并且与仅使用一种控制方法相比，系统的控制精度有较大的提高，具有重要的理论意义和实际应用价值。本文取得的主要研究成果如下：

(1)建立带有挠性附件的航天器建立系统动力学模型和热诱导干扰力矩模型，分析航天器受到的各种空间环境力矩。重点研究典型的热诱导干扰力矩的产生原因和作用原理，并对其对系统的作用进行评估。仿真结果表明，由于其周期性、瞬间值大、有界等特点，该干扰会引起系统姿态的不稳定，但可以通过控制方法有效抑制。

(2)为了有效抑制挠性部件的不确定性、常值干扰和周期性干扰，设计基于内模的滑模变结构控制方法。通过理论证明，构造的内模控制抵消周期性干扰，滑模变结构控制抑制常值扰动力矩。仿真结果表明了该方法的有效性，在控制力矩作用下，系统各变量都在很短的时间内收敛并达到较高的稳态精度。并且将此复合控制方法用于在热诱导力矩作用下的挠性航天器系统，干扰没有影响系统的姿态的收敛，仍然具有较快的收敛速度和较高的稳定性。

(3)针对已知挠性附件振动引起的干扰模型的情况，设计基于干扰观测器的复合控制方法。其中干扰观测器得到的估计值进行前馈补偿，并结合PD控制器构造满足系统稳定性和鲁棒性要求的复合控制器。仿真结果表明，基于干扰观测器的复合控制方法能够有效抑制和抵消复杂扰动力矩，并且控制精度和时长都较单独使用PD控制器有所提高。将此复合控制方法用于在热诱导力矩作用下的挠性航天器系统，结果表明该控制方法具有较高的稳定性和满足系统的姿态精度要求。