● 摘要
随着空间技术的不断发展与航天需求的不断增长，挠性航天器姿态控制与振动控制成为卫星工程与控制理论研究的热点。基于这样的背景，本学位论文从理论上对挠性卫星的姿态机动控制和主动振动控制理论等展开了细致的研究，其研究内容主要包括以下几个方面：本文首先推导了带挠性附件航天器的低阶模态动力学方程，并进行了开环和闭环的数值分析，为姿态控制系统的分析和设计奠定了基础。为了解决挠性卫星的动力学模型存在着模型不确定性因素以及外部扰动作用的控制问题，本文引入了自抗扰控制理论，并根据该理论设计了挠性航天器姿态控制器。针对自抗扰控制的不足，利用反步法和变结构方法设计了基于扩张状态观测器的鲁棒控制器，并利用带阻尼的自适应方法改进了该控制器，推导过程中均基于Lyapunov方法分析了被控系统的稳定性，仿真结果验证了该方法的有效性。针对挠性结构模态坐标不可测的姿态机动的振动抑制问题，在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上，设计了一种将频域整形与反步法相结合的控制方法，有效减弱了挠性振动。同时引入前馈输入成形器，增强了低阶模态的振动抑制效果。仿真分析表明，本文所提方法具有较好的鲁棒性，在完成姿态机动任务的同时有效抑制了挠性振动。