● 摘要
本文以我国日地空间环境探测编队卫星群中的三轴稳定卫星为基本研究对象，针对该卫星需完成的太阳捕获、对地定向、安全模式等飞行任务，研究微小卫星大角度姿态机动问题。 首先，基于一类采用四元数描述的大角度姿态机动Lyapunov控制器模型，以设计参数为优化变量，能量最优为优化目标，执行机构输出力矩和控制精度为约束条件，建立了大角度姿态快速机动控制器优化模型。使用改进的遗传算法对控制器参数进行了优化设计。 针对航天器大角度姿态机动时姿态运动的非线性和耦合特性，首先采用反馈线性化方法将航天器姿态控制系统线性化并解耦，然后对每个通道分别设计滑模控制器，以使系统获得对参数摄动和外部扰动的鲁棒性。最后通过PWPF调制方法将连续的控制力矩转化为离散控制信号以满足喷气控制情况下的工程需要。 最后研究微小卫星速率阻尼模式完成后的太阳捕获控制策略问题。首先设计太阳敏感器布局，并由这个布局推出姿态确定算法，即敏感器输出参数的表达式，再利用Stateflow针对敏感器布局设计相应的逻辑控制策略，利用基于误差四元数的相平面控制律进行大角度姿态机动。敏感器的布局设计及逻辑控制策略可以保证微小卫星在惯性系、全盲情况下扫描到太阳矢量，并使得在大角度姿态机动后太阳矢量与卫星的太阳帆板正法线方向夹角在规定范围内。