夏喜旺 刘汉兵 杜 涵

上海宇航系统工程研究所,上海 201108



基于拟欧拉角描述的上面级姿态控制律设计

夏喜旺 刘汉兵 杜 涵

上海宇航系统工程研究所,上海 201108

上面级在多星部署过程中将涉及大角度姿态机动问题，卫星释放所引起的质心横移将给上面级姿态控制带来困难。根据系统质心的横移情况，在上面级体坐标系中确定矢量喷管的平衡位置，进而确定出矢量喷管指向指令方向时的上面级姿态。调制姿态四元数可以得到描述上面级姿态偏差的拟欧拉角及相应的拟欧拉角速度，在拟欧拉角描述的上面级姿态运动模型的基础上，选择合适的滑模面，构造变结构控制律。仿真结果表明，该控制律可对上面级姿态进行控制，进而实现对矢量喷管指向的间接控制，喷管摆角的限幅不会影响姿态控制的过程。

姿态控制; 拟欧拉角; 推力矢量控制; 变结构控制

运载火箭上面级负责将所携带的载荷送入预定轨道。在执行多星部署任务过程中，上面级需在轨运行相当长的时间，其姿态将在大范围内变动。三元姿态参数(如欧拉角，Rodrigures参数，修正的Rodrigures参数等)所描述的姿态运动方程存在奇异性，因此基于三元姿态描述参数的姿态运动模型不适于描述上面级的姿态运动。另外，上面级并排布局的载荷的释放将引起系统质心的横移，此时轴向变轨推力必将严重影响上面级姿态。

基于姿态四元数的姿态运动方程可以避免欧拉角姿态运动学方程中的奇异现象，且四元数姿态描述具有计算量小、速度快、运动模型简单的优点，因而在处理大角度姿态机动的场景中得到了广泛应用。……