李信栋 苟兴宇

北京控制工程研究所，北京 100190



多体卫星MIMO控制及稳定裕度研究

李信栋 苟兴宇

北京控制工程研究所，北京 100190

针对两输入两输出的多体卫星系统模型，采用并矢展开设计法这一多变量频域设计技术，实现卫星本体俯仰姿态和附件指向的多输入多输出(MIMO)控制，利用Nyquist稳定判据证明系统的稳定性；在此基础上讨论卫星本体姿态控制与附件指向控制带宽的关系，然后利用回差阵奇异值法计算MIMO控制系统的稳定裕度，并分析稳定裕度计算结果的保守性，数值仿真验证了算法的有效性以及稳定裕度分析结果的正确性。 关键词 多体卫星；并矢展开设计法；回差阵奇异值；稳定裕度； 卫星控制

一般的多体卫星既要对星本体进行姿态控制，又要对各附件进行指向控制，2种控制回路之间存在运动学和动力学耦合，这是一类典型的MIMO系统控制问题。此外，线性定常SISO系统有明确的稳定裕度计算方法，对某些特定的MIMO系统控制方法也有明确的稳定裕度结果，基于LQG的多变量控制系统具有至少60°的相角裕度和无穷大的增益裕度[1-2]；许多学者将奇异值分解方法应用到求解MIMO线性系统稳定裕度的理论研究中，并提出一种回差阵奇异值法[3]来计算系统的增益和相位裕度；然而对于一般MIMO系统的稳定裕度仍没有公认统一的定义[4]。在实际工程中，获得控制系统的稳定裕度可有助于航天器的安全在轨运行，寻求有效的计算方法得到明确的稳定裕度结果具有显著的工程意义，文献[5]仅完成了卫星天线指向复合控制的实物仿真验证，取得了有用仿真成果。……