题目：欠驱动航天器姿态控制系统分析与设计

在人造卫星、宇宙飞船、空间站等航天器的姿态控制系统中，一般采用推力器、反作用飞轮、控制力矩陀螺等作为执行机构。由于姿态控制执行机构都是高度机电一体化的，比较复杂，随着航天器长期的在轨运行，不免会产生一些故障，可能导致执行机构产生的控制力矩自由度小于三，使得航天器姿态控制系统欠驱动，严重影响姿态控制性能。为此，在国家自然科学基金和航天科技创新基金的资助下，本文对欠驱动航天器姿态控制技术进行了深入研究，并取得了如下研究成果：首先，针对不同的执行机构配置，建立了欠驱动航天器的姿态动力学模型。其次，对欠驱动航天器姿态控制系统的可控性进行了研究，并得到了不同执行机构配置下航天器姿态可控的充分必要条件。第三，利用Byrnes和Isidori关于系统可镇定性的研究成果，对欠驱动航天器姿态控制系统的可镇定性进行了分析，并认为欠驱动航天器姿态控制系统不能用连续时不变的状态反馈镇定。第四，在推力器、飞轮、控制力矩陀螺等不同执行机构配置下，利用Backstepping方法，为欠驱动航天器设计了非线性的姿态控制器，均可实现航天器姿态的大范围渐近稳定。最后，研究了挠性附件产生的挠性运动对欠驱动航天器的影响，并进行了仿真验证。