RGC Newsletter - Research Frontiers

航天器姿态控制为航天器提供了快速捕获、跟踪以及定向的功能，并已成为了控制领域里的一类基准问题。在航天器姿态控制中，减弱与抑制由控制力矩陀螺群或激励柔性附件所产生的外部干扰是一个公认的难题。在过去的二十年中，各式各样先进的非线性控制策略被提出用以解决姿态控制与干扰抑制的问题。例如，应用滑模控制律可以使姿态跟踪误差缩至原点的一个小区域内。又如，应用非线性H无穷最优或次优控制律，可以在实现全域姿态跟踪的同时减弱外部干扰对姿态控制系统造成的影响，其减弱程度可由L2增益量化。然而，这种方法只能彻底抑制能量有界的外部干扰。

在实际情况中，外部干扰可能并非能量有界。例如，由控制力矩陀螺群所造成的外部干扰通常模拟为非能量有界的多频正弦函数。在本课题中，我们致力于研究航天器系统的姿态跟踪与干扰抑制问题，其干扰信号为一类多频正弦函数，且振幅、初相与频率皆任意且未知。为此，我们首先将航天器系统的姿态跟踪与干扰抑制问题转化为一个所谓的增广系统的镇定问题。此过程涉及了多次座标与输入变换，并且借助于鲁棒输出调节理论中的内模设计以补偿未知的外部干扰。该增广系统是一个包含了时变的静态不确定性以及动态不确定性的复杂非线性系统。并且，由于包含某些扰动项，其动态不确定性并不是输入状态稳定的。因此，现存的方法并不能处理此增广系统的镇定问题。为了克服这个困难，我们设计了一种动态扩展技术以获得一个扩展增广系统。动态扩展消除了扩展增广系统中动态不确定性所包含的扰动项，因而扩展增广系统中的动态不确定性是输入状态稳定的。如此，通过结合一些自我调整与鲁棒控制的方法，我们能够解决该扩展增广系统的自我调整镇定问题，并解决了在多频正弦信号干扰下的航天器系统姿态跟踪与干扰抑制问题。