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控制工程
挠性卫星振动抑制的变结构主动
控制方案及实验研究
毕叫
周军李季苏牟小刚汪春涛吴宏鑫
审摘要文章从程角度出发,以具有挠性太阳帆板的卫星为背景,着重研
究挠性空间结构的低阶模型变结构控制方案。针对卫星的“飞轮一喷气”执
行机构作模式设计算法简单的变结构控制律,并基于单轴气浮台全物理仿
真系统成功地进行国内首次挠性结构振动主动控制实验,取得显著的控制
效果。
关键词丝些室四丝变结构控制、全物理仿粤系统、单轴气浮台
掀番, 二渤
随着世界航天科技的迅猛发展,挠性航天器的控制已成为一项重要的高技术,受到国内
外的普遍重视。其中,具有大面积太阳帆板等挠性附件的现代卫星便是一类典型的代表。一
方面,挠性卫星具有结构大、刚度低、阻尼弱等一般性结构特点,并且需要很高的姿态定位
和调整精度,所以要求其控制系统具有很强的鲁棒性,能够在参数、扰动等各种非理想因素
的作用下确保优良的动态特性和稳态品质。这就在全世界范围内吸引了大量的学者从理论的
角度研究探索新的有效的控制方法。另一方面,我国目前已经开始在一些新型卫星上采用挠
性太阳帆板,因此基于现有的理论成果,从工程的角度出发,研究挠性卫星的控制方案和全
物理仿真实验也是一个十分迫切的需要
本文就在考虑了诸多工程因素的情况下,研究挠性空间结构的变结构控制方案,并在我
们自行设计研制的一套挠性结构卫星单轴气浮台全物理仿真系统上实现了这一控制方案,成
功地进行了国内首次挠性结构振动主动控制实验,取得了显著的控制效果,为其进一步实际
工程应用的可行性和有效性提供重要的根据。此外,分析大量文献知道, 目前国际上用变结
构控制方法研究挠性振动的理论成果较少,本文首次将该理论实用于全物理仿真实验。
二、挠性卫星的全物理仿真系统
我们自行设计研制的这套具有挠性结构的卫星单轴气浮台全物理仿真系统示意图如图
所示。它大致可划分为三大部分;
.系统主体
以单轴气浮台作为支承装置,模拟卫星的中心刚体;利用气浮轴承几乎无摩擦的特点,模
拟卫星在太空中无摩擦的力学环境。
卫星正常工作所需的必要设备,如执行机构、敏感器件、电源、数据采集系统、测控机

~ 一~
⋯——一
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算机和高压冷气瓶等均安装在单轴气浮台上,整套实验装置与外界的联系都通过沿台体中轴
,模拟卫星在太空中的独立状况。
挠性板一块或两块,每块××安装于单轴气浮台上,使其振动方
向与重力方向垂直,模拟挠性太阳帆板在失重条件下的振动状态。相对于轴,挠性结构的
转动惯量占整体转动惯量的~ 。经过实验测定得一.。,挠性板的一阶模
态频率一.,二阶模态频率∞:.。
圈挠性卫星单车由气浮圈
.执行机构
该挠性卫星全物理仿真系统的执行机构采用“飞轮喷气组合方式,这与目前国内外
大多数卫星的执行机构模式相符合。其中飞轮可以输出正反方向连续变化的控制力矩,它的
最大输出力矩为;
飞轮进行卸载的功能。喷气机构输出的恒值力矩为,且有:

飞轮、高压气瓶冷气源