微小卫星具有重量轻、体积小、研制成本低等特点,在空间任务中起着非常重要的作用。姿态控制系统是微小卫星完成各种任务的基本前提,是微小卫星的关键技术和研究重点。本文主要针对某型微小卫星,对其姿态控制系统进行了研究。 首先研究了星体模型。根据微小卫星的特点,分析了星体参数不确定性和各种空间环境干扰力矩,推导出微小卫星的姿态动力学模型,并对模型进行了线性化处理。 随后主要研究了微小卫星的鲁棒 H_∞姿态控制规律。详细说明了 H_∞控制的理论和算法,并运用 H_∞控制方法设计了微小卫星姿态的状态反馈控制律。在控制律的求解过程中引入了 LMI 方法,大大简化了计算过程。最后结合微小卫星的姿态动力学模型在 MATLAB 中进行仿真,仿真结果证明 H_∞控制可使系统具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。 H_∞控制方法提高系统鲁棒性是以牺牲系统的其他性能为代价的。为此,我们又设计了微小卫星姿态的 H₂ /H∞混合控制器。此控制器结合 H_∞控制和 H 2控制的优点,可以使整个系统既可以保持良好的鲁棒性和抗干扰能力,又可以获得优良的动态性能。 最后对某型微小卫星的三轴稳定姿态控制系统进行了设计。首先给出了姿态稳定控制系统的总体方案;然后具体介绍了本系统所采用的姿态敏感器、姿态确定算法和执行机构;最后对以反作用飞轮为执行机构的姿态主动稳定系统进行了研究,并结合前面设计的控制律进行了仿真。仿真结果表明所设计的三轴稳定姿态控制系统方案可实现微小卫星的高精度姿态稳定。