● 摘要
本文研究了具有模型不确定性的卫星姿态控制问题。文中总结、比较了卫星姿态描述的多种形式和各种针对模型不确定性的控制方法，分析了这些控制方法的应用范围和存在的问题。在此基础上经过深入研究取得以下成果：i. 建立了基于一次转动参数的刚体姿态运动学方程，相比其他形式的运动学方程，该方程更适合于控制律设计。针对具有模型不确定性的卫星姿态控制系统，基于该运动学方程使用反步法设计了姿态控制律，并给出了性能和稳态精度的解析估计式。ii. 提出了输入系数矩阵具有不确定性时互连系统的输入解耦控制方法。使用该方法可以由子系统的控制律得到系统模型不确定性满足一定条件下互连系统的控制律。本文利用该输入解耦控制方法将已有的单输入预测变结构控制算法推广到多输入系统中，并用该方法推导了含模型不确定性卫星的姿态控制律。仿真结果表明所提出的算法基本保持了原单输入预测变结构控制算法无抖振、收敛快的优点。iii. 对于具有模型不确定性的二级级联系统，提出了一种集结预测变结构控制方法。该方法将两级状态分别集结为两个标量函数，使用这两级标量函数来设计变结构控制律。这种方法对于模型的精确程度不敏感，只要求输入系数阵满足较弱的条件。使用该方法也可以较好解决卫星姿态控制模型中的不确定性问题，而且由于不存在滑模面，使用该变结构控制不会引起抖振，有利于提高姿态控制精度和节省卫星上的能源。文中对于以上所有方法都给出了稳定性证明，对一个具体卫星姿态系统的仿真结果表明，所提出的各控制方法都满足了姿态控制要求。