角速度，c〇x(t)為相應的叉乘矩 陣，u(t)為無拖曳衛(wèi)星所受到的控制力矩，d(t)為無拖曳衛(wèi)星所受到的外部環(huán)境干擾力矩；
[0033] 無拖曳衛(wèi)星的時變慣量矩陣J(t)可W表示為J(t) = Jo+ Δ J(t)，其中Jo為無拖曳衛(wèi) 星的標稱轉動慣量矩陣，A J(t)為時變的不確定部分，那么無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的動力學 方程可W表示為：
[0034] ?(/) = '/" I [-似(0/,人,似(0 + ?(/) + (/(0 + (6/.,,(0]
[0035] 其中，dj(t)為慣量不確定性帶來的等價干擾；
[0036] 再考慮到無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的執(zhí)行機構噪聲和量測噪聲，無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道 的數(shù)學模型可W表示為：
[0037] i陽=Afe(句 + ΛΓ[μ仍)+ W的 + 卻。+馬尚]
[0038] y(t) =Hx(t)+v(t)
[0039] 其中，x(t)為含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型的狀態(tài)變量，y(t)為含有 多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型的輸出變量，系數(shù)矩陣


:，H=[l3X3 03X3]，無拖曳衛(wèi)星的標稱的轉動慣量矩陣Jo = diag{J〇x, JoyJoz}，w(t) 和V(t)分別表示無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的執(zhí)行機構噪聲和量測噪聲；
[0040] (2)建立外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學模型：
[0041] 由于無拖曳衛(wèi)星運行在近地軌道中，所W無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道受到大氣阻力力 矩、太陽光壓力矩、重力梯度力矩等外部環(huán)境干擾力矩的影響，可通過正弦曲線對外部環(huán)境 干擾力矩進行模擬：
[0042]
[004；3]其中，d(t)為外部環(huán)境干擾力矩，ax, ay,山為未知的常值部分，Αχ, Ay, Az為未知的幅 值，Φχ，Φγ，Φζ為未知的相位，Wd為大氣阻力干擾的頻率，Δχ，Δγ，Δζ為模型誤差，再將其 描述成狀態(tài)空間模型的形式：
[0044] 將其描述成狀態(tài)空間模型的形式：
[0045]
[0046] 其中，iKt)為外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學模型的狀態(tài)變量，?Κ句為iKt)的一階微分， 系數(shù)矩陣
N=[l 1 1 0 0 0]，S(t)為模型不確定性項
[0047] 其中，iKt)為外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學模型的狀態(tài)變量，P和Q為系數(shù)矩陣，ξα)為 模型不確定性項。
[0048] (3)建立增廣的含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型：
[0049] 即將含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型與外部環(huán)境干擾力矩的數(shù) 學模型聯(lián)立，得：
[0051] 其中，
其二[好 0;χ(,];
[0052] (4)設計針對無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干擾濾波器：
[0化3]
[0化4]其中，去(0為東(句的估計值，對0為巧0的估計值，Κ為針對無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的 抗干擾濾波器的增益矩陣，Κ可通過極點配置的方法求解；
[0055] (5)設計最優(yōu)控制器，進行反饋控制：
[0化6] u{i) = Lx{i)-〇y/U)
[0化7]其中，部0為含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型狀態(tài)變量x(t)的估 計值，皆倘為外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學模型狀態(tài)變量Φω的估計值，L為最優(yōu)控制器的增益 矩陣，Q為干擾狀態(tài)空間模型的系數(shù)矩陣，i = 化，V為對稱正定矩陣，即ν = νΤ〉〇,未知矩 陣S為下列Riccati方程的解：
[0化引 溫孩+ Μ乂-巧成S'+r三0 [0059] 其中，W為對稱半正定矩陣，即W=WT>0。
[0060] 總之，本發(fā)明具有抗干擾能力強、控制精度高等優(yōu)點，可用于無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道 中。
[0061] 本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
【主權項】
1. 一種無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干擾濾波方法，其特征在于包括以下步驟:首先，建立 含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型；其次，建立外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學模 型;再次，設計針對無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干擾濾波器;最后，設計最優(yōu)控制器，進行反饋 控制;具體步驟如下： (1) 建立含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型： y(t)=Hx(t)+v(t)其中，x(t)為含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型的狀態(tài)變量，y(t)為含 有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型的輸出變量，系數(shù)矩陣況_= ，?=[?3Χ3 〇3X3]，無拖曳衛(wèi)星的標稱轉動慣量矩陣Jo = diag{J〇x，J()y，J()z}，〇(^ 軌道角速度，u(t)為無拖曳衛(wèi)星所受到的控制力矩，d(t)為無拖曳衛(wèi)星所受到的外部環(huán)境 干擾力矩，dj(t)為慣量不確定性帶來的等價干擾，w(t)和v(t)分別表示無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通 道的執(zhí)行機構噪聲和量測噪聲； (2) 建立外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學樽型：其中，Wt)為外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學模型的狀態(tài)變量，P和Q為系數(shù)矩陣，ξ(〇為模型 不確定性項； (3) 建立增廣的含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型：其中，，,▽(/) = .「⑴，.系數(shù)矩Ρ(4) 設計針對無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干擾濾波器：其中，⑴為瑪0的估計值，Κ0為Κ0的估計值，Κ為針對無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干 擾濾波器的增益矩陣； (5) 設計最優(yōu)控制器，進行反饋控制：其中，L為最優(yōu)控制器的增益矩陣，Q為干擾狀態(tài)空間模型的系數(shù)矩陣，i(/)為含有多源 干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型狀態(tài)變量x(t)的估計值，#⑴為外部環(huán)境干擾力矩 的數(shù)學模型狀態(tài)變量Φ(υ的估計值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干擾濾波方法，針對含有的大氣阻力力矩、太陽光壓力矩、重力梯度力矩、慣量不確定性、執(zhí)行機構噪聲、量測噪聲以及模型不確定性項等多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道；首先，建立含有多源干擾的無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的數(shù)學模型；其次，建立外部環(huán)境干擾力矩的數(shù)學模型；再次，設計針對無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道的抗干擾濾波器；最后，設計最優(yōu)控制器，進行反饋控制。本發(fā)明具有抗干擾能力強、控制精度高等優(yōu)點，可用于無拖曳衛(wèi)星姿態(tài)通道中。
【IPC分類】G05D1/08
【公開號】CN105629986
【申請?zhí)枴緾N201610195609
【發(fā)明人】郭雷, 遲偉杰, 喬建忠, 朱玉凱, 李文碩
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年3月31日