仿真论文：《基于模糊干扰观测器的航天器反步姿态控制器的设计》
摘要 针对使用三正交反作用飞轮驱动的刚性航天器的姿态控制问题，设计了基于反步法和模糊干扰观测器的姿态控制方案。首先利用刚体运动学知识建立了考虑干扰力矩的航天器多输入多输出强耦合非线性数学模型，然后利用反步法给出了3个相互垂直安装的反作用飞轮的控制律。建立了基于模糊基函数向量的模糊干扰观测器来估计外界干扰力矩。最后通过数值仿真计算验证控制方案的正确性。
关键词 姿态控制；反步法；反作用飞轮；模糊基函数；干扰观测器
1引言
当前复杂的航天任务要求航天器具有精确的姿态机动和姿态跟踪能力。航天器在轨飞行时都要受到空间各种环境力矩和非环境力矩的作用，这些干扰力矩通常是不确定的，因此无法进行精确估算。当这类非参数不确定性干扰力矩较大时，在设计姿态控制系统时就必须考虑干扰力矩的抑制问题以提高其各方面的性能指标。近年来，用模糊系统研究不确定非线性系统的自适应控制得到了重视。[1]研究了状态向量不完全可测条件下SISO系统的模糊控制器和模糊观测器的设计，[2]讨论了不确定非线性系统的模糊控制器的设计和稳定性分析等问题。
反步法是近十多年来发展起来的一种递推设计方法，通过递推形式来构造Lyapunov函数，解决了长期以来没有规范的方法构造Lyapunov函数的问题，在飞机、导弹、电机、机器人等控制系统中得到了成功的应用[3]。应用反步法来设计飞行器控制系统的研究也相继出现[4-5]。
本文针对使用三个反作用飞轮驱动的刚性航天器的多输入多输出强耦合非线性模型，考虑实际系统中存在的干扰力矩现象，利用反步法设计了航天器的姿态控制系统，并利用模糊逻辑系统的万能逼近能力设计了模糊干扰力矩观测器。数值仿真结果验证了该设计方法能很好地逼近干扰力矩向量，实现航天器姿态指令的精确跟踪。
2带三个反作用飞轮的航天器数学模型
反作用飞轮作为角动量交换装置在现代高精度航天器的姿态控制中得到了广泛的应用[6-7]，为了实现航天器姿态角的同时控制，通常在航天器三个正交轴上各安装一个飞轮，通过控制飞轮的加减速产生内部控制力矩改变航天器的姿态。根据这些轴，定义一个固定在航天器上的正交参照坐标系（即航天器坐标系）。同时假设对固定的恒星或在飞行姿态调整期间具有惯性的参照物定义好了一个惯性坐标系。
把航天器看作一个刚体，它的姿态由两组方程来描述：描述角速度演化的动力学方程和把角位置坐标对时间的导数与角速度联系起来的运动学方程[8]，即
QQ：2274579702