面向新颖成像模式的敏捷卫星姿态滚动优化控制

With the gradual opening of remote sensing satellite commercial market, the novel imaging modes of space satellites which will be great applied in military and civil areas can be expected. Because the existing attitude control technique of remote sensing satellite is difficult to satisfy the task of multi-mode imaging, for the flexible satellite using pyramid configuration control moment gyroscopes, this project will explore the optimal trajectory planning method、 robust tracking control method and rapid experiment method, to achieve the task of satellite large angle attitude maneuver and meet the various attitude constraints. Based on the construction of integration model with rigid and flexible coupling, to propose the angular speed optimal trajectory planning method of control moment gyros’ frame axis using the improved pseudo spectral method; Combining the modeling ideas of mechanism and data, to achieve the statistical modeling and verification for the parameter / non-parameter uncertainty during satellite attitude maneuver. Based on stochastic model predictive control technique, to present the high accuracy trajectory moving horizon tracking control method under the influence of model mismatch and various disturbances; Using three axis air bearing table and FPGA-based hardware, to provide a kind of efficient、 fast、verification experiment scheme for the proposed theory approach. The research of this project will enhance the attitude control technology of our remote sensing satellite, and provide the technical storage for the high performance application in military and civil areas.

随着遥感卫星商业化市场的逐步开放，新颖的空间遥感成像技术在军用、民用等领域的应用指日可待。本项目针对我国现有遥感卫星姿态控制技术难于满足新颖的多模式成像任务需求，以金字塔构型单框架控制力矩陀螺为执行机构的挠性卫星为研究对象，探讨卫星姿态大角度快速机动及满足多种姿态约束下的轨迹最优规划方法、鲁棒跟踪控制方法及快速实验方法。在建立刚柔耦合一体化模型基础上，提出基于改进伪谱法的控制力矩陀螺群框架轴角速度的最优轨迹规划方法；融合机理和数据建模思想，实现卫星姿态机动过程中各种参数/非参数不确定性的统计特性建模和验证；以随机模型预测控制方法为原型，提出在模型失配及各种干扰影响下的高精度轨迹滚动跟踪控制方法。基于三轴气浮转台及FPGA硬件，提出一种对理论方法进行高效、快速验证的实验方案。本项目的研究有助于提升我国遥感卫星的姿态控制技术，为遥感卫星在军用、民用领域中的高效能应用提供技术储备。

随着空间科学技术的进步和发展，航天对地遥感的应用范围越来越广，功能需求日益多样化。新颖的空间遥感成像技术在军用、民用等领域的应用指日可待，同时也对卫星平台姿态机动的敏捷性及机动后的高稳定性提出了更高的要求。本项目针对我国现有遥感卫星姿态控制技术难于满足新颖的多模式成像任务需求，以金字塔构型单框架控制力矩陀螺为执行机构的挠性卫星为研究对象，探讨卫星姿态大角度快速机动及满足多种姿态约束下的轨迹最优规划、鲁棒跟踪控制及快速实验方法。本项目主要成果包括：分析了新颖成像模式对卫星姿态控制的新需求，提出了基于刚柔耦合特性的面向控制的一体化建模方法，设计了综合多优化指标的姿态机动最优轨迹快速规划方法以及基于滚动优化思想的高性能模型预测跟踪控制方法。同时，基于构建的气浮转台实验平台，对本项目提出的理论方法进行高效、快速验证。本项目的研究成果有助于提升我国遥感卫星的姿态控制技术，为遥感卫星在军用、民用领域中的高效能应用提供坚实的技术储备。