柔性空间飞行器的姿态动力学与控制问题研究

柔性空间飞行器的姿态动力学与控制问题是我国研究新一代航天器必须解决的重大应用基础研究课题。课题组建立了带内部活动部件和带外部柔性附件的航天器动力学模型和用四元数描述的绝对和相对姿态运动学模型。导出了一种四元数矩阵变换，使三轴耦合大角度机动控制和稳定控制转换为三个关联摄动双积分系统的控制问题。设计了三轴耦合机动的开关控制逻辑和基于姿态信号的稳定控制律。分析了稳定控制律对弹性振动的阻尼作用，控制律中惯量参数的减小可以提高弹性能量衰减率。指出剩余弹性能量为飞轮卸载不具有必然性。给出姿态稳定状态下用喷气力矩为飞轮卸载的线性卸载律。仿真考虑了柔性附件的弯曲和扭转振动，结果验证了所提供方法的有效性。