基于开关算法的欠驱动刚体航天器姿态控制

朱家兴，孙兆伟，陈长春

（哈尔滨工业大学 卫星技术研究所，黑龙江 哈尔滨 150001）

0 引言

可靠性、安全性和有效性是航天产品品质的主要指标。对卫星等航天器来说，一旦发射入轨便成为不可维修系统，因此研究控制算法，保证航天器在部分执行机构发生故障时能全部或部分完成飞行任务，是挽救损失和提高系统可靠性的有效途径［1］。理论上，欠驱动系统属于二阶非完整系统，即系统加速度具有不可积性。文献［2］建立了二阶非完整系统的动力学与控制的理论框架，并分析了系统的可控性和可镇定性，为欠驱动控制领域的深入研究提供了基础。欠驱动系统是指由控制输入向量构成空间的维数小于位形空间维数的系统，即指控制输入数小于系统自由度的系统［3］。欠驱动航天器，是指姿态控制系统中的执行机构是非完整配置的航天器，即执行机构不能提供三轴独立的控制力矩［4］。由于研制、发射等费用巨大和几乎不可维修的特点，当部分执行机构发生故障时，设计者希望航天器控制系统仍具有令人满意的性能。欠驱动控制可为此提供一种备份技术，欠驱动航天器姿态控制的研究对提高整个控制系统的可靠性、延长航天器的使用寿命，具有重要的意义。

目前，欠驱动航天器的姿态控制已成为研究热点。文献［5］的研究表明，采用角动量交换装置作为执行机构的航天器，在系统总角动量不为零条件下，当控制输入的个数小于3时，系统将不可控；……