2-SGCMGs与磁力矩器的对地姿态混合控制方法

雷拥军，袁利,*，刘其睿，刘洁

1. 北京控制工程研究所，北京 100094 2. 空间智能控制技术重点实验室，北京 100094

控制力矩陀螺(CMG)系统可实现连续大力矩输出，满足角动量需求，是大型空间站、快速姿态机动航天器理想的执行机构，在航天器中得到广泛应用[1-7]。

鉴于航天器三轴姿态控制与奇异规避双重需求，大多数相关研究及系统设计一般采用不少于4台单框架控制力矩陀螺(SGCMG)配置方式[3, 5 -7]。姿态机动时CMG提供相应机动力矩，其高速转子轴系径向相应频繁偏载可能使得机械轴承润滑不良，从而导致部件失效故障[4,8]。当故障过程中剩下3台SGCMG可工作时，系统成为非冗余配置，针对该状态CMG系统的操纵问题已引起相关研究者的关注，并开展了相关探索性研究[9-11]。Thieuw等为Pleiades卫星所提出的4SGCMGs操纵律可兼容系统非冗余配置情况[6]。当故障过程中仅2台SGCMG可工作时，系统则褪化为欠驱动配置状态。

对于刚体运动的欠驱动控制问题，已有大量文献在理论与控制方法上开展了相关研究[12-17]。由于欠驱动姿态控制系统不满足Brockett必要条件，无法通过光滑反馈控制实现系统的渐近稳定[12]，因此现有控制方法研究通过引入时变控制律、多控制律切换等非光滑控制策略来解决该问题[13-16]。然而，针对角动量交换形式的航天器姿态欠驱动控制，一般需满足系统总角动量为零的条件。Crouch 分析给出了在1～3个独立控制力矩下刚体可控充要条件，并指出对于角动量交换控制系统，当控制自由度少于3时，系统可控性是无法保证的[17-18]。……