面临能源危机,诸多国家和学者将空间太阳能电站作为重点研究对象。空间太阳能电站在轨运行需实现太阳电池阵对日定向及微波波束与地面接收天线精确定向,故本文针对空间太阳能电站的精密位姿控制进行相关研究,并以美国曼金斯教授提出的SSPS-ALPHA为研究对象。考虑到空间环境对ALPHA聚光系统稳定运行的影响,通过建立聚光器系统数学模型来描述控制力矩和姿态信息间的关系,利用姿态确定系统测量聚光器姿态信息,并将其反馈至姿态控制系统,进而输出控制力矩以克服空间环境干扰,以此实现聚光器系统稳定控制。因此,闭环聚光器系统设计从被控对象模型、空间环境、姿态确定系统、姿态控制系统四个方面进行研究,具体工作内容如下:1、考虑到姿态运动学方程与姿态动力学方程可描述聚光器系统数学模型。依据坐标系构建及欧拉角描述法得到姿态运动学方程,又通过数值分析法解析系统参数,结合动量矩定理进而得到姿态动力学方程,以刻画控制力矩与姿态角信息。2、针对太空摄动力因素对聚光器系统稳定运行的影响,通过分析研究各种摄动力干扰模型,本文分别对重力梯度、太阳光压、地影进行仿真计算,最终得到“太阳光压力矩+均值为1000 N?m随机干扰”的聚光器系统干扰力矩模型。3、建立姿态确定系统。通过全面分析对比航天任务中应用的敏感器,本文采用高精度的“星敏感器+光纤陀螺”组合方式作为姿态测量装置。考虑到姿态敏感器自身附带有不确定性因素的干扰,基于状态估计法,分别采用扩展卡尔曼滤波算法与无迹卡尔曼滤波算法设计姿态估计器,并对其进行仿真研究,结果证明两种姿态确定算法均具备可行性与较好的状态估计性能,且无迹卡尔曼滤波算法比扩展卡尔曼滤波算法滤波估计精度高出一个数量级。4、针对姿态控制系统的设计,本文首先提出零动量反作用飞轮的等效数学模型来刻画执行机构复现控制指令的过程特性。随后,分别应用PID控制算法、模糊PID控制算法、BP神经网络控制算法及滑膜变结构控制算法设计姿态控制器,并通过搭建Simulink模块仿真验证四种控制算法均满足聚光器系统性能指标要求。基于四种控制算法的仿真结果,本文最终选用控制效果最优的滑模变结构控制器以实现被控系统精密位姿控制。