针对带液体晃动的月球着陆器提出了一种基于无源性的姿态控制方法.分析了由拉格朗日力学建立数学模型的带液体晃动的月球着陆器系统的特性,并证明了该系统的无源性.无源性保证了系统的输入输出稳定性,提出的Lyapunov函数保证了系统的内部稳定性.根据系统的无源性和提出的Lya-punov函数推导出基于无源性的控制方法.仿真结果表明,该方法能很好地达到控制效果.
针对月球探测器在软着陆过程中需要进行大角度姿态机动的情况下,姿态控制系统具有非线性及不确定性的特点,设计了基于Terminal滑模变结构的姿态控制律,并结合月球软着陆过程进行了仿真分析。仿真表明基于Terminal滑模变结构的姿态控制律具有良好的全局鲁棒性,同时姿态控制精度较高,在姿态控制发动机推力为1N时姿态控制精度可达0.02°以内;并且当控制力减小一个数量级,姿态控制的精度将提高5倍,而消耗的推进剂将减少8倍。因此,在月球探测器软着陆过程中,采用Terminal滑模变结构的姿态控制律与小推力的姿态控制推力器相结合的姿态控制方法具有很高的应用价值。
在我国的探月计划中,要实现月球探测器软着陆于月球表面。在分析月球着陆舱软着陆段的飞行任务对于姿态控制要求的基础上,基于滑模变结构控制方法,根据实际姿态角和期望姿态角的偏差,给出了线性滑动模态面的切换方程,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,推导出期望控制力矩的计算公式。并研究了姿控发动机的配置特点和点火逻辑,给出了由期望力矩计算实际控制力矩的方法。仿真结果表明,该姿态控制系统能迅速地将着陆舱跟踪到期望姿态,着陆舱经过514 s飞行,在距月面2 km处将速度减为零,将姿态调整到垂直向下,完成了飞行任务。飞行轨迹比较平滑,具有较好的鲁棒性和自适应性。
针对月球探测器飞行任务要求,推导三轴姿态稳定非线性预测控制器,以抑制反作用轮低速摩擦等对姿态的扰动,满足月球探测器高精度姿态稳定控制精度和稳定度的要求.仿真结果表明该控制器控制精度高,能有效抑制飞轮低速摩擦等对姿态的扰动.
针对小型月球探测器三轴姿态高指向精度和高稳定度的要求 ,采用欧拉动力学和四元数方法描述 ,建立了小型月球探测器环月阶段动力学模型 ,分析了由 3个轻型反作用轮正交安装组成的姿态稳定控制系统 ,给出了一种拟PD姿态指向控制规律。对所设计的指向控制律进行了数学仿真 ,结果表明可达到 0 .0 1°/s的稳定度和 0 .3°的指向精度 ,验证了该控制规律的可行性。