D0I:10.13374/h.issn1001-053x.2012.01.018 第34卷第1期 北京科技大学学报 Vol.34 No.1 2012年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2012 挠性卫星姿态快速稳定智能控制 王岩唐强8 陈兴林 哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001 通信作者，E-mail:plutut(@126.com 摘要针对挠性卫星本身存在的参数不确定性和外部扰动的控制问题，设计了以径向基函数神经网络和小脑神经网络为 基础的复合变结构智能控制器.该控制器利用变结构控制系统对被控对象的模型误差、参数变化及外扰等的不敏感性的优 点，再结合神经网络能够迅速逼近未知函数、泛化能力强的特点，可以适应挠性卫星参数不确定性和抑制外加干扰，实现对挠 性卫星的有效控制.仿真结果表明复合控制能够提高卫星姿态的稳态精度和快速性. 关键词挠性卫星：姿态控制：智能控制：神经网络 分类号V448.2 Intelligent control for attitude rapid stabilization of flexible satellites WANG Yan,TANG Qiang☒，CHEN Xing-in School of Astronautics,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China Corresponding author,E-mail:plutut@126.com ABSTRACT The attitude control of a flexible satellite with system parameter uncertain and disturbances was investigated.A variable structure intelligent controller based on the radial basis function (RBF)neural network and the cerebellar model articulation controller (CMAC)was designed.By using the merit of insensitivity to model error,parameter uncertain and disturbances of variable structure controller systems,in combination with the characteristics of quick approximation to unknown functions and good generalization ability of neural networks,the controller overcomes the influences of parameter uncertain and disturbances,and achieves the effective control of the flexible satellite.Simulation results show that the proposed control algorithm can improve the attitude accuracy and response speed of the flexible satellite. KEY WORDS flexible satellites:attitude control:intelligent control:neural networks 随着对地观测卫星的大型化和复杂化，为了完 的变动具有鲁棒性等特点. 成某项任务，通常要求卫星具有在较短的时间内快 国内外对于挠性卫星姿态控制问题进行了广泛 速地完成姿态机动的能力并达到一定的精度.对于 的研究.吴宏鑫等研究了全系数自适应控制方法在 带有太阳帆板和挠性天线机构等典型的大挠性结构 挠性卫星大角度姿态机动控制中的应用，设计了包 的对地观测卫星来说，在姿态机动过程中以及机动 括黄金分割控制、逻辑微分控制和逻辑积分控制的 结束后，影响卫星的定位精度和星上有效载荷正常 全系数自适应控制方案，并进行了挠性结构卫星单 工作的一个重要因素是挠性结构的振动。由于结构 轴气浮台全物理仿真实验0.Cavallo等应用H无 阻尼小，振动的衰减需要很长时间，这会引起构件的 穷鲁棒控制方法解决挠性结构在参数不确定情况下 疲劳和损伤.因此，研究挠性卫星的快速姿态机动 的振动问题回.Fei分别采用最小二乘自适应控制 控制及振动抑制成为发展现代航天器的核心技术之 和自适应变结构控制来抑制挠性梁的振动回 一，而寻求一种挠性结构的振动抑制方法显得尤为 本文主要针对挠性卫星进行大角度机动时的快 重要.该方法要求计算简便、有效及对参数或模型 速稳定问题，提出以径向基函数(radial basis func- 收稿日期：201103-25 基金项目：空间智能控制技术国家级重点实验室项目第 34 卷 第 1 期 2012 年 1 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 1 Jan． 2012 挠性卫星姿态快速稳定智能控制 王 岩 唐 强 陈兴林 哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001 通信作者，E-mail: plutut@ 126． com 摘 要 针对挠性卫星本身存在的参数不确定性和外部扰动的控制问题，设计了以径向基函数神经网络和小脑神经网络为 基础的复合变结构智能控制器． 该控制器利用变结构控制系统对被控对象的模型误差、参数变化及外扰等的不敏感性的优 点，再结合神经网络能够迅速逼近未知函数、泛化能力强的特点，可以适应挠性卫星参数不确定性和抑制外加干扰，实现对挠 性卫星的有效控制． 仿真结果表明复合控制能够提高卫星姿态的稳态精度和快速性． 关键词 挠性卫星; 姿态控制; 智能控制; 神经网络 分类号 V448. 2 Intelligent control for attitude rapid stabilization of flexible satellites WANG Yan，TANG Qiang ，CHEN Xing-lin School of Astronautics，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China Corresponding author，E-mail: plutut@ 126． com ABSTRACT The attitude control of a flexible satellite with system parameter uncertain and disturbances was investigated． A variable structure intelligent controller based on the radial basis function ( RBF) neural network and the cerebellar model articulation controller ( CMAC) was designed． By using the merit of insensitivity to model error，parameter uncertain and disturbances of variable structure controller systems，in combination with the characteristics of quick approximation to unknown functions and good generalization ability of neural networks，the controller overcomes the influences of parameter uncertain and disturbances，and achieves the effective control of the flexible satellite． Simulation results show that the proposed control algorithm can improve the attitude accuracy and response speed of the flexible satellite． KEY WORDS flexible satellites; attitude control; intelligent control; neural networks 收稿日期: 2011--03--25 基金项目: 空间智能控制技术国家级重点实验室项目 随着对地观测卫星的大型化和复杂化，为了完 成某项任务，通常要求卫星具有在较短的时间内快 速地完成姿态机动的能力并达到一定的精度． 对于 带有太阳帆板和挠性天线机构等典型的大挠性结构 的对地观测卫星来说，在姿态机动过程中以及机动 结束后，影响卫星的定位精度和星上有效载荷正常 工作的一个重要因素是挠性结构的振动． 由于结构 阻尼小，振动的衰减需要很长时间，这会引起构件的 疲劳和损伤． 因此，研究挠性卫星的快速姿态机动 控制及振动抑制成为发展现代航天器的核心技术之 一，而寻求一种挠性结构的振动抑制方法显得尤为 重要． 该方法要求计算简便、有效及对参数或模型 的变动具有鲁棒性等特点． 国内外对于挠性卫星姿态控制问题进行了广泛 的研究． 吴宏鑫等研究了全系数自适应控制方法在 挠性卫星大角度姿态机动控制中的应用，设计了包 括黄金分割控制、逻辑微分控制和逻辑积分控制的 全系数自适应控制方案，并进行了挠性结构卫星单 轴气浮台全物理仿真实验［1］． Cavallo 等应用 H 无 穷鲁棒控制方法解决挠性结构在参数不确定情况下 的振动问题［2］． Fei 分别采用最小二乘自适应控制 和自适应变结构控制来抑制挠性梁的振动［3］． 本文主要针对挠性卫星进行大角度机动时的快 速稳定问题，提出以径向基函数( radial basis func￾DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.01.018