基于扩张状态观测器的航天器自适应姿态控制

袁国平 史小平 李隆

（哈尔滨工业大学控制与仿真中心，哈尔滨150001）

1 引言

目前，许多空间任务（例如对地观测）要求航天器具有良好的姿态机动性能。航天器迅速、精确地完成机动任务可以增加其使用范围，获得更多的有用信息。但航天器在姿态机动中滚转、俯仰和偏航三轴运动相互耦合影响，是一个典型的非线性问题，控制器综合难度大。另外，航天器在运行期间，不可避免地会受到各种环境力矩的干扰。同时，航天器执行部件安装误差等因素造成输出力矩的偏差也会影响姿态控制精度。因此，寻求一种控制律使航天器能够在各种不确定性下快速完成姿态机动任务成为研究热点之一。

自抗扰控制器（ADRC）是一种几乎不依赖于受控对象模型的非线性控制算法，具有良好的鲁棒性和处理非线性问题的能力。它包含跟踪微分器，扩张状态观测器（ESO）和非线性反馈等技术［1-3］。作为核心技术的扩张状态观测器，除能够对系统状态进行观测外，还能精确地估计出系统的非线性及外界干扰信息，在航天器控制研究中得到了广泛的应用。文献［4］将ADRC应用于带挠性太阳翼的航天器偏航轴的姿态稳定控制。文献［5］提出了一种双闭环的ADRC，利用该算法实现挠性航天器的高精度姿态稳定控制。文献［6］利用ADRC研究了三通道的姿态机动控制问题，并对控制器参数进行了整定。文献［7］针对柔性多体航天器，利用自抗扰算法，实现了姿态稳定控制。文献［8］将ESO和模糊自适应控制相结合，设计了带转动部件的挠性卫星的姿态稳定控制算法。……