技術領域

本發明涉及一種欠驅動航天器三軸姿態穩定控制方法，可以在只有兩軸控制力矩輸出的情況下實現三軸姿態的穩定控制，可應用于欠驅動航天器的姿態控制。

背景技術

在航天器的常規的控制系統中，通常希望系統輸入輸出的維數是相等的，以達到相應的控制目的及性能要求。但是，對原來需要用若干控制輸入控制的系統，能否只用較少的輸入達到同樣預期的控制效果呢？如果可行，則將提高系統的可靠性，甚至降低系統的費用及重量。正是出于這一考慮，為人們研究開發新型的控制系統提供了新的思路。

系統位形空間的維數與系統控制輸入維數相同的系統稱為全驅動系統，即針對不同的位形狀態，均有與之相對應的控制器對其進行控制，以實現一一對應的控制關系；而欠驅動系統則是指由控制輸入向量張成空間的維數小于位形空間維數的系統，簡言之，欠驅動系統是指系統的控制輸入少于系統自由度的系統。欠驅動系統所具有的特點正是可由較少的控制輸入確定其在比控制輸入維數大的位形空間內的運動。

對于欠驅動系統的研究，除降低系統的費用及重量這一優點之外，還可成為完整驅動系統的一個應急控制手段，即如果完整驅動系統遭遇故障不能正常運行時，可采用欠驅動系統的控制策略，利用剩下的仍能正常工作的控制器對系統進行有效控制，以降低由于某些控制輸入發生故障導致整體系統癱瘓而帶來的損失。因此，近年來對于欠驅動系統的研究在各個領域都受到了廣泛關注。

對于航天器姿態控制問題來說，出現欠驅動的原因多為執行機構的故障而導致。現代航天器姿態控制系統的執行機構主要采用幾對噴氣推力器或者幾只飛輪或控制力矩陀螺，工作時，任何一套機構的故障都可能會導致驅動系統的不完整。假設航天器姿控執行機構選用反作用飛輪，那么，一般為了實現三軸穩定控制，星上安裝的飛輪數目多為3只或4只(不計冷備份)：使用3只飛輪時分別沿三條慣量主軸正交安裝，而4只飛輪則有幾種不同的構型，常采用的有3正交加1斜裝和4只飛輪均斜裝兩種。3只飛輪有1只發生故障或4只飛輪中有1只或2只發生故障后，即成為只能輸出兩軸控制力矩的欠驅動航天器。

為了解決采用飛輪的欠驅動航天器的姿態穩定控制問題，本發明提出一種采用狀態變化的三軸姿態穩定控制方法。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種欠驅動航天器三軸姿態穩定控制方法，實現了衛星在只具有兩軸姿態控制力矩輸出能力的情況下，進行三軸姿態穩定控制的目的。

本發明的技術解決方案是：

一種欠驅動航天器三軸姿態穩定控制方法，步驟如下：

(1)建立本體坐標系相對于慣性坐標系的系統模型為：

ρ·1=u1ρ·2=u2ρ·3=ρ1u2-ρ2u1,]]>

其中，ρ＝[ρ₁?ρ₂?ρ₃]^T為描述航天器姿態的羅德里格斯參數，為ρ₁的導數，為ρ₂的導數，為ρ₃的導數；u₁和u₂均為中間變量，