论文摘要：敏捷卫星姿态快速机动与快速稳定技术研究

未来的航天任务不仅要求卫星可在短时间内完成大角度姿态机动，并且要求达到目标姿态后具有较高的姿态控制精度和姿态稳定度。为同时满足姿态快速机动和高精度高稳定度控制的需求，必须选择合适的姿态控制执行机构。变速控制力矩陀螺(VSCMG)是一种转子转速可变的单框架控制力矩陀螺，兼具控制力矩陀螺(CMG)和飞轮(RW)二者的优点，既能输出比较大的控制力矩，又具有较高的力矩分辨率。本文针对采用VSCMG作为执行机构的卫星控制系统，研究姿态快速机动与快速稳定技术，研究成果具有重要的理论意义和实际应用价值。论文的主要工作包括：首先，将卫星视为刚体，在欧拉角、四元数以及修正罗德里格参数等姿态描述方式下，建立了基于VSCMG的卫星姿态动力学模型。其次，考虑VSCMG的工作特点，设计了一种工作模式自主调度的操纵律。该操纵律由模式调度策略、CMG操纵律、RW操纵律三部分组成，把一个32N矩阵的求伪逆问题转化为两个3N矩阵的求伪逆问题，物理意义明显，奇异回避易于实现。第三，针对姿态跟踪和姿态稳定模式，采用Backstepping方法，设计了基于VSCMG的卫星姿态非线性控制律。理论分析和仿真结果表明，在姿态跟踪和姿态稳定模式下，该控制律均能保证卫星姿态和角速度控制误差渐近收敛。第四，针对VSCMG框架转动引起的卫星转动惯量不确定性，在姿态跟踪和姿态稳定模式下，采用Backstepping方法，设计了基于VSCMG的卫星姿态自适应控制律。理论分析和仿真结果表明，该控制律可有效抑制转动惯量不确定性对控制性能的影响，实现卫星姿态的快速跟踪和高精度稳定。

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