太陽帆飛行器自適應極點配置控制方法研究

摘 要： 太陽帆航天器對執行機構有著特定的要求，在此基于控制桿和偏置動量反作用飛輪展開研究，就姿態控制系統的物理模型及太陽帆的姿態動力學模型進行分析。并針對此類模型，利用魯棒極點配置方法設計自適應控制器及太陽帆航天器姿態控制系統，通過數值仿真研究姿態控制中的姿態糾偏。結果表明，采用自適應魯棒極點配置控制方法的控制系統能夠使飛行器能夠較快實現大角度的姿態控制要求。

關鍵詞： 飛輪； 太陽帆； 魯棒極點配置； 自適應控制

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）02?0021?05

太陽帆是裝載在航天器上、利用太陽光壓驅動航天器飛行的裝置。其原理是利用太陽在大面積薄膜上的反射光壓提供航天器飛行的動力。雖然這種推力很小，但在沒有空氣阻力存在的太空，仍然可以為帆面面積足夠的太陽帆提供持續的加速度，很容易達到和超過宇宙速度，實現星際航行[1]。這種驅動方式的優點是綠色環保而且只要在有陽光存在的地方，它就會始終推動飛船前進乃至完成深空探測。

2005年6月21日，俄羅斯發射了Cosmos?1太陽帆航天器；2008年8月3日，美國用獵鷹火箭發射了納帆D1太陽帆；日本宇宙航空研究開發機構于2010年5月21日發射了質量為315 kg的行星太陽帆——“伊卡洛斯”。隨著多個太陽帆航天器的發射以及成功部署，太陽帆技術進入了一個快速發展時期。由于在太空中運行的太陽帆航天器自身的特點使得其姿態控制方法有別于傳統空間飛行器，太陽帆航天器特點主要有： 尺寸巨大，干擾力矩大，相應的轉動慣量也特別大。……