基于磁悬浮飞轮的卫星干扰建模及复合分层姿控方法研究

随着对卫星姿态控制精度要求的提高，基于传统的等价干扰卫星控制方法遇到新的挑战，急需根据其工作特点进行干扰建模和控制方法研究。本项目以磁悬浮飞轮作为执行机构的对地观测卫星为背景，建立卫星内部干扰和外部干扰模型，并进行复合分层控制方法研究。卫星内部干扰主要考虑磁悬浮飞轮的动不平衡力矩、偏心磁拉力产生的切向力矩、电机产生的转矩脉动等干扰因素，以及卫星转动惯量变化引起的干扰力矩。卫星外部干扰主要考虑气动、地磁、太阳光压、重力梯度所产生的力矩；通过对干扰模型物理过程进行分析，结合基于姿控半物理仿真平台的测试实验进行建模，再将其分为常值干扰、周期性干扰、谐波干扰，建立复合分层抗干扰的高精度姿态控制策略。对已知模型采用抗干扰抵消的方法，以提高卫星姿态控制精度；对未建模动态采用抗干扰抑制的方法，提高卫星姿态控制稳定性。本项目开展和研究为卫星高精度控制提供理论基础，提升我国卫星干扰建模等方面的源头创新能力。

本项目以磁悬浮飞轮作为执行机构的对地观测卫星为背景，建立了卫星外部和内部干扰模型，并进行了复合分层控制方法研究。卫星外部干扰主要考虑气动、地磁、太阳光压、重力梯度所产生的力矩；卫星内部干扰主要考虑磁悬浮飞轮的摩擦力矩干扰、卫星转动惯量的不确定性和挠性振动。通过对干扰模型物理过程进行分析，结合基于姿控半物理仿真平台的测试实验进行建模，建立复合分层抗干扰的高精度姿态控制策略。对已知模型采用抗干扰抵消的方法，以提高卫星姿态控制精度；对未建模动态采用抗干扰抑制的方法，提高卫星姿态控制稳定性。通过计算机仿真和半物理仿真的方法验证复合分层抗干扰建模方法的正确性，在一定程度上提高了姿态控制的精度和稳定度，并具有较好的抗干扰能力。本项目已发表论文11篇，其中SCI收录3篇。培养研究生4名，其中已经毕业博士1人，硕士2人。本项目完成的干扰建模和控制方法研究对实现卫星的高精度姿态控制具有重要的意义。