范国伟 常琳 杨秀彬 王旻 王绍举

航天光学遥感技术正广泛应用于军事侦察、海洋海岸测绘、地质调查、目标点定位等领域.目前,我国遥感光学卫星通常采用星下点及侧摆的推扫成像模式,其要求卫星姿态控制系统具有一定的姿态机动性及较高的机动后姿态稳定性.为解决此问题,现有技术主要是通过预留足够长的机动及稳定时间,以克服挠性附件或干扰力矩等造成的姿态波动,但这极大地限制了遥感卫星的应用效能.新颖的成像模式如多目标、凝视及非沿轨曲线成像等,需要卫星姿态控制系统在规定时间内完成卫星姿态的快速机动并保持较高精度的稳定性,或实现对期望姿态角及角速度的高精度跟踪控制,且对各种建模不确定性及外部干扰等具有较强的鲁棒性,这对卫星姿态控制系统的设计提出了新的挑战.

为实现卫星姿态的快速机动,以大力矩CMG(Control moment gyroscopes)为执行机构的敏捷卫星越来越受到关注和研究,但奇异性问题一直制约了其工程应用[1−2].按照在奇异面附近的处理方式,目前主要方法可分为奇异回避操纵律、奇异逃离操纵律和混合操纵律,但每种方法均有其自身的限制或缺点[3−4],如何设计高效的规避奇异性的操纵律是当前研究热点.此外,由于CMG群的安装、内部摩擦以及框架角动量和动量轮框架轴方向简化等导致的非参数不确定性,通常会导致CMG群在小力矩输出时的不准确性,影响整星控制精度.在……