衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制方法研究

鄢南興，林喆,*，劉雅寧，于飛，王淳，康建兵

1. 北京空間機(jī)電研究所，北京 100094

2. 北京航天飛騰裝備技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100094

隨著衛(wèi)星光軸控制技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用的范圍也越來越廣，涉及資源勘探、地理測繪、環(huán)境監(jiān)測、天基測控等領(lǐng)域，尤其在天基測控領(lǐng)域，要求衛(wèi)星光軸具備大范圍指向、高精度和高機(jī)動性的能力。其典型應(yīng)用為美國的“天基紅外預(yù)警系統(tǒng)”，其搭載的光學(xué)載荷，能夠迅速調(diào)整光軸，對天地運(yùn)動目標(biāo)實(shí)現(xiàn)跟蹤指向[1-3]。

由于天基類衛(wèi)星觀測目標(biāo)的特殊性，天基類衛(wèi)星對空間目標(biāo)的幾何關(guān)系變化大，相對速度也大，最大的相對速度可達(dá)15 km/s。怎樣在這樣的高速條件下對目標(biāo)進(jìn)行觀測和跟蹤，是未來空間天基類衛(wèi)星發(fā)展中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題[4]。

目前，由于受到驅(qū)動器件性能、太空環(huán)境等因素限制，衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)無法具備高機(jī)動性的能力，所以光電轉(zhuǎn)臺搭載光學(xué)成像系統(tǒng)的衛(wèi)星載荷被引入以提升衛(wèi)星光軸的指向性能是一種可行的方案[5]。最終的光軸指向由衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)、光學(xué)成像系統(tǒng)中的快反鏡系統(tǒng)的輸出疊加而成，以提升光軸的機(jī)動性、跟蹤范圍和跟蹤精度。因此，如何設(shè)計(jì)衛(wèi)星復(fù)合控制系統(tǒng)，將三分系統(tǒng)的輸出有效疊加，達(dá)到光軸的穩(wěn)定控制是一個難點(diǎn)。

解決此類復(fù)合控制的一種思路為主從設(shè)計(jì)法[6]，該類方法控制宏動系統(tǒng)跟隨微動系統(tǒng)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)指向運(yùn)動中的大范圍低頻分量。文獻(xiàn)[7] 提出了一種基于積分反演自適應(yīng)滑模與改進(jìn)主從控制結(jié)合方案。文獻(xiàn)[8]引用一種自適應(yīng)模糊PID的算法提升跟蹤精度。文獻(xiàn)[9] 利用施奈爾反射鏡定律的矢量方程,構(gòu)建系統(tǒng)視軸矢量方程,研究其運(yùn)動特性、穩(wěn)定補(bǔ)償原理，提高了控制系統(tǒng)的帶寬。

除了主從設(shè)計(jì)法，文獻(xiàn)[10-11] X. H.Huang 和R. Horowitz等人從宏動、微動系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系出發(fā)，將宏-微系統(tǒng)整體作為被控對象通過H2/H∞方法給出了復(fù)合控制器的設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn)[12] 提出了將內(nèi)、外環(huán)架系統(tǒng)視為整體的多變量控制結(jié)構(gòu)，通過μ 綜合法設(shè)計(jì)多變量控制器使系統(tǒng)的穩(wěn)定精度和快速性有所提升。但是這類設(shè)計(jì)結(jié)果的控制器往往階數(shù)較高，工程上實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。

本文針對衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制系統(tǒng)，提出了一種復(fù)合控制方法，使得衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)、星載轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)和快反鏡系統(tǒng)協(xié)同工作達(dá)到穩(wěn)定控制衛(wèi)星光軸的目的，從而提升了衛(wèi)星光軸的指向范圍、機(jī)動性、伺服精度。

1 系統(tǒng)模型分析

天基類衛(wèi)星圍繞地球軌道運(yùn)動，對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行跟蹤成像，通過對目標(biāo)的捕獲和圖像處理，算出衛(wèi)星光軸與目標(biāo)的夾角，通過控制衛(wèi)星光軸做出相應(yīng)的角度調(diào)整，從而保持對目標(biāo)的跟蹤指向。

天基類衛(wèi)星搭載光電轉(zhuǎn)臺的光軸指向系統(tǒng)模型如圖1所示，在衛(wèi)星平臺上安裝了二維旋轉(zhuǎn)機(jī)架，機(jī)架上搭載光學(xué)載荷，在光學(xué)載荷的光信息通路中安裝了快反鏡。衛(wèi)星姿態(tài)系統(tǒng)接收復(fù)合指向控制器的信號r3實(shí)現(xiàn)低頻大角度的轉(zhuǎn)動，但是由于其性能的限制，姿態(tài)轉(zhuǎn)動速度慢，對快速運(yùn)動的目標(biāo)會有很大的靜差，但通過衛(wèi)星姿態(tài)的轉(zhuǎn)動，可以提升衛(wèi)星光軸的指向范圍；光電轉(zhuǎn)臺完成二級的角度補(bǔ)償，完成對衛(wèi)星姿態(tài)系統(tǒng)的偏差的補(bǔ)償，使得衛(wèi)星光軸具有更高的機(jī)動性應(yīng)對視場內(nèi)各種目標(biāo)的相對運(yùn)動；最后通過快反鏡響應(yīng)高頻小角度的信號完成角度的二級補(bǔ)償，同時隔離衛(wèi)星平臺各類的高頻擾動信號。

圖1 星載光軸指向系統(tǒng)組成框圖

姿態(tài)控制系統(tǒng)一般由衛(wèi)星本體、星載計(jì)算機(jī)、星敏感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其控制系統(tǒng)組成如圖2所示?？芍?，衛(wèi)星的姿態(tài)信息由星敏感器、太陽敏感器、傳感器反饋到輸入端作差，通過控制器給出最終的期望力矩命令[13]。

圖2 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)組成框圖

光電轉(zhuǎn)臺由三相永磁同步力矩電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機(jī)架，在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上安裝了光學(xué)載荷，光電碼盤作為位置反饋器件，采用速度，位置雙閉環(huán)控制方式以克服轉(zhuǎn)臺的軸系摩擦和線纜拖拽等外部擾動[14]。光電轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 光電轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)組成框圖

快速反射鏡是一種精密的跟蹤技術(shù)[15]，它主要用于校正衛(wèi)星平臺的跟蹤誤差，提升視軸穩(wěn)定的指向精度，采用了音圈電機(jī)驅(qū)動的快速反射鏡的閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖4所示。

圖4 快速反射鏡控制系統(tǒng)組成框圖

衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制系統(tǒng)由上述三個子系統(tǒng)組成，由復(fù)合指向控制器進(jìn)行控制，其系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)原理圖如圖5所示，其中，復(fù)合指向控制器接收調(diào)整指令，并將其轉(zhuǎn)化為姿態(tài)控制系統(tǒng)的指令r3、轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)指令r2和快反鏡系統(tǒng)指令r1。姿態(tài)控制系統(tǒng)接收復(fù)合指向控制器的輸出的指令r3后，與星敏感器反饋的當(dāng)前姿態(tài)角作差給到姿態(tài)控制器，姿態(tài)控制器輸出驅(qū)動飛輪，帶動衛(wèi)星完成姿態(tài)調(diào)整。光電轉(zhuǎn)臺接收信號r2后，與光電碼盤反饋的實(shí)時角度作差，經(jīng)過位置控制器后得到光電轉(zhuǎn)臺的速度控制量，速度控制量與光電轉(zhuǎn)臺反饋的速度信號(碼盤位置信號做微分)作差算出電機(jī)驅(qū)動量Vm，驅(qū)>動機(jī)架電機(jī)產(chǎn)生控制力矩Tm，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機(jī)架跟蹤給定信號完成光電轉(zhuǎn)臺的慣性穩(wěn)定與指向跟蹤功能?？旆寸R接收驅(qū)動指令r1，快速反射鏡在r1驅(qū)動下改變快反鏡角度使反射光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小角度的光束指向調(diào)整。

圖5 衛(wèi)星光軸復(fù)合指向系統(tǒng)組成框圖

考慮到姿態(tài)控制系統(tǒng)從接收輸入指令r3到輸出的傳遞函數(shù)可用G3(s)表示，則輸出的姿態(tài)角可表示為:

y3=G3(s)×r3

(1)

光電轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)中的控制器、功放、減速器、慣量分別可用比例系數(shù)Kc、KP、KI、1/JDS表示，機(jī)架電機(jī)的傳遞函數(shù)為H(s)=Kt/(Ls+R)，碼盤特性表示為M(s)，速度回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)J2(s)=KPKIH(s)/[JDS+KPKIH(s)M(s)S]，光電轉(zhuǎn)臺的位置環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為:G2(s)=M(s)J2(s)Kc/[(1+J2(s)KcM(s))]，光電轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生的驅(qū)動量到y(tǒng)2的傳遞函數(shù)可表示為：

y2=G2(s)×r2

(2)

快反鏡的從輸入指令到產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角度間的傳遞函數(shù)可用J1(s)表示，則從快反鏡驅(qū)動信號r1到所產(chǎn)生的光路偏轉(zhuǎn)的傳遞函數(shù)可表示為G1(s)=J1(s)×2，則快反鏡控制系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系可以表示為：

y1=G1(s)×r1

(3)

系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)可以簡化為圖6所示。

圖6 簡化后衛(wèi)星光軸復(fù)合指向系統(tǒng)框圖

至此，衛(wèi)星光軸復(fù)合指向系統(tǒng)的控制問題轉(zhuǎn)化為如何設(shè)計(jì)復(fù)合指向控制器C(s)能夠協(xié)調(diào)控制三個并行的被控子系統(tǒng)，使得姿態(tài)控制系統(tǒng)完成初步的衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整，光電轉(zhuǎn)臺完成進(jìn)一步大范圍的光軸轉(zhuǎn)動，快反鏡系統(tǒng)響應(yīng)高頻小角度信號，最終三個子系統(tǒng)的輸出量有效疊加從而得到精確的衛(wèi)星光軸指向。

2 衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制器設(shè)計(jì)

考慮到衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制系統(tǒng)的3個子系統(tǒng)的系統(tǒng)帶寬不同，設(shè)計(jì)復(fù)合指向控制器C(s)由5個控制器組成[16]，其中C31，C32決定了光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)和快反鏡系統(tǒng)的響應(yīng)頻帶，C21，C22決定了光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)和衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的響應(yīng)頻帶，C11控制器用于調(diào)整衛(wèi)星光軸復(fù)合指向系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性，所以衛(wèi)星光軸復(fù)合指向系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為圖7所示。

圖7 轉(zhuǎn)化后衛(wèi)星光軸復(fù)合指向系統(tǒng)框圖

首先設(shè)計(jì)控制器C31和C32，先建立一個輔助單位反饋閉環(huán)系統(tǒng),如圖8所示。

圖8 輔助單位反饋系統(tǒng)框圖

取比值傳遞函數(shù):

P=G2(s)/G1(s)

(4)

設(shè)計(jì)虛擬控制器:

Q=C32(s)/C31(s)

(5)

輔助單位反饋系統(tǒng)以光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)和快反鏡系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的比值作為設(shè)計(jì)對象，如果PQ>1，即|C32(s)×G2(S)|>|C31(s)×G1(S)|，則表明光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)占據(jù)主導(dǎo)響應(yīng)，反之，當(dāng)PQ<1, 則表明快反鏡系統(tǒng)占據(jù)主導(dǎo)響應(yīng)。當(dāng)PQ=1，表明光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)和快反鏡系統(tǒng)響應(yīng)幅值相等。∠PQ(ω)表現(xiàn)為兩個系統(tǒng)輸出的相位差，當(dāng)∠PQ(ω)=-180°時，兩支路相位相反，輸出互相抵消，所以為了讓兩系統(tǒng)的輸出有效疊加，需要設(shè)計(jì)控制器Q保證輔助單位反饋系統(tǒng)的相角裕度大于60°，同時其穿越頻率點(diǎn)作為兩系統(tǒng)輸出的頻帶分界點(diǎn)。

根據(jù)頻率響應(yīng)法設(shè)計(jì)控制器Q,以兩系統(tǒng)的特性選取穿越頻率ωc1，相角裕度大于60°的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)得到Q。為了C32(s)的階數(shù)不至于太高，取C31(s)為常數(shù)，即C31(s)=K根據(jù)公式(5)，得 ：

C32(s)=Q(s)×K

(6)

將公式(6)帶入圖8，光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)和快反鏡系統(tǒng)的綜合傳遞函數(shù)可表示為：

G4(s)=G1(s)×C31(s)+G2(s)×C32(s)

(7)

圖8轉(zhuǎn)化為如圖9所示：

圖9 第一次轉(zhuǎn)化后衛(wèi)星光軸復(fù)合指向系統(tǒng)框圖

以G4(s)和G3(s)為被控對象，用上述方法設(shè)計(jì)控制器C21和C22，確定G4(s)和G3(s)的頻帶分解點(diǎn)ωc2，得到姿態(tài)控制系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)和快反鏡系統(tǒng)的綜合傳遞函數(shù)可表示為：

G5(s)=[G1(s)×C31(s)+G2(s)×C32(s)]×

C21(s)+G3(s)×C22(s)

(8)

則圖9可轉(zhuǎn)化為圖10所示：

圖10 第二次轉(zhuǎn)化后衛(wèi)星光軸復(fù)合指向系統(tǒng)框圖

以G5(s)為最終的被控對象，根據(jù)對衛(wèi)星光軸復(fù)合指向系統(tǒng)的性能要求，運(yùn)用頻率響應(yīng)法設(shè)計(jì)控制器C11(s)。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，衛(wèi)星光軸最終的指向位置為

y=y1+y2+y3=C11×C21(s)×C31(s)×G1(s)×

e+C11×C21(s)×C32(s)×G2(s)×e+C11×

C22(s)×G3(s)×e

衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)主導(dǎo)響應(yīng)頻率低于ωc2的信號，光電轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)主導(dǎo)響應(yīng)頻率介于ωc2和ωc1之間的信號，快速反射鏡控制系統(tǒng)主導(dǎo)響應(yīng)頻率高于ωc1信號，有效解決了各個子系統(tǒng)的頻帶分解問題，使得輸出可以有效的疊加。

3 仿真試驗(yàn)

衛(wèi)星在某軌道F對某軌道G物體進(jìn)行光軸指向跟蹤，經(jīng)過簡化其相對運(yùn)動軌跡如圖11所示，運(yùn)動目標(biāo)相對于衛(wèi)星光軸以做等高8 km的勻速直線運(yùn)動，由A飛到C點(diǎn)，相對速度為1.2 km/s，衛(wèi)星和目標(biāo)初始距離為64 km，要求光軸指向的范圍達(dá)到0～165°，對目標(biāo)的指向跟蹤誤差保持在±0.05°范圍以內(nèi)，跟蹤帶寬應(yīng)高于18 rad/s。以衛(wèi)星單自由度水平方向運(yùn)動作為仿真環(huán)境，光電轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動范圍可以達(dá)到±90°，衛(wèi)星姿態(tài)能夠進(jìn)行360°的調(diào)整，光軸初始指向即為目標(biāo)。光軸初始指向方向垂直于衛(wèi)星平臺為衛(wèi)星初始姿態(tài)。

圖11 衛(wèi)星光軸相對運(yùn)動軌跡

對簡化后的衛(wèi)星光軸相對運(yùn)動軌跡信號做傅里葉變換，得到其頻譜如圖12所示，可知其信號頻譜主要集中在低于1 Hz處。

圖12 輸入信號頻譜

該衛(wèi)星的快速反射鏡控制系統(tǒng)的以音圈電機(jī)作為驅(qū)動器，其作動范圍為±2°，通過系統(tǒng)辨識，其輸入信號到快反鏡偏擺的角度的傳遞函數(shù)表達(dá)式如下：

光電轉(zhuǎn)臺其輸入信號到機(jī)架轉(zhuǎn)動的角度的傳遞函數(shù)的表達(dá)式如下：

衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)其輸入信號到衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動的角度的傳遞函數(shù)表達(dá)式如下：

經(jīng)上述計(jì)算后，根據(jù)公式(7)得到：

首先設(shè)計(jì)控制器C31和C32，根據(jù)公式(4)得到P的傳遞函數(shù)表達(dá)式為：

因?yàn)镚2(s)是典型的二階帶阻尼震蕩環(huán)節(jié)，可得到光電轉(zhuǎn)臺的系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬為20 rad/s，所以選取ωc1=18 rad/s作為快反鏡系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的頻帶分界點(diǎn)，以60°的相角裕度為設(shè)計(jì)指標(biāo)，對P用頻率響應(yīng)法[17-19]進(jìn)行設(shè)計(jì)得到：

根據(jù)公式(5)(6)，故常數(shù)項(xiàng)的控制傳遞函數(shù)取1，得到：

以G4(s)和G3(s)為被控對象，設(shè)計(jì)控制器C21和C22，衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬為0.1 Hz，根據(jù)輸入信號的頻譜圖，0.1 Hz以上頻率的信號能量比重不小，為了讓衛(wèi)星光軸具有更好的機(jī)動性能，則姿態(tài)控制系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)臺的頻帶分界點(diǎn)要略低于姿態(tài)控制系統(tǒng)的閉環(huán)帶寬，所以選取ωc2=0.1rad/s作為姿態(tài)控制系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)臺的頻帶分界點(diǎn)，常數(shù)項(xiàng)控制器的傳遞函數(shù)取1，得到：

C21=1

根據(jù)公式(8)可得：

G5(s)=

以G5(s)為最終的被控對象的衛(wèi)星光軸復(fù)合指向系統(tǒng)，按照上述的衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制系統(tǒng)的系統(tǒng)性能要求，運(yùn)用頻率響應(yīng)法設(shè)置控制器C11(s)，得到：

至此，衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為C11×G5其波特圖如圖13所示。

可以看到，衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制系統(tǒng)的帶寬為24.3 rad/s，相角裕度61°，從圖13的開環(huán)波特圖可以看出，在低頻段衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)具有高增益，中頻段具有相應(yīng)的穩(wěn)點(diǎn)裕度，高頻段迅速衰減，滿足了經(jīng)典控制理論中的對動態(tài)特性和穩(wěn)定性的要求。

圖13 衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)波特圖

如圖14所示，低于0.1 rad/s的頻段，衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的幅值響應(yīng)大大高于其他兩個子系統(tǒng)，占據(jù)主導(dǎo)響應(yīng)，當(dāng)頻率高于0.1 rad/s后，衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的幅值響應(yīng)曲線迅速衰減；同理，在0.1 rad/s和18 rad/s的頻段，光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的幅值響應(yīng)高于其他兩子系統(tǒng)，占據(jù)主導(dǎo)響應(yīng)，高于18 rad/s后，幅值迅速衰減；在高于18 rad/s的頻段，快反鏡系統(tǒng)占據(jù)主導(dǎo)響應(yīng)。綜上所述，本設(shè)計(jì)完成了衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制系統(tǒng)的頻帶分解問題，衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)主導(dǎo)響應(yīng)低頻大角度信號，光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)主導(dǎo)響應(yīng)中頻段信號，快反鏡系統(tǒng)響應(yīng)高頻小角度信號。

圖14 衛(wèi)星姿態(tài)控制、光電轉(zhuǎn)臺、快反鏡系統(tǒng)開環(huán)波特圖

根據(jù)衛(wèi)星光軸跟蹤目標(biāo)的輸入信號曲線，觀察衛(wèi)星光軸復(fù)合指向系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖15所示，輸入信號的初始角度變化速度較慢，姿態(tài)控制系統(tǒng)能夠主導(dǎo)響應(yīng)其信號，但由于姿態(tài)控制系統(tǒng)的帶寬低，機(jī)動性弱，漸漸無法跟上輸入信號。此時，光電轉(zhuǎn)臺開始補(bǔ)償衛(wèi)星姿態(tài)跟目標(biāo)光軸的角度靜差，使得光軸能夠保持對目標(biāo)的持續(xù)的跟蹤指向。當(dāng)跟蹤信號角度逐漸放緩，姿態(tài)控制系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)，光電轉(zhuǎn)臺和快反鏡迅速響應(yīng)，將超調(diào)反向迅速補(bǔ)償，使得光軸始終穩(wěn)定跟蹤指向目標(biāo)?？旆寸R始終響應(yīng)高頻的小角度信號，對整個光軸跟蹤指向過程起高頻補(bǔ)償作用。

圖15 系統(tǒng)響應(yīng)曲線

由圖16可知，當(dāng)只依靠衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)對目標(biāo)執(zhí)行光軸跟蹤指向仿真試驗(yàn)時，由于姿態(tài)控制系統(tǒng)的低帶寬特性，無法跟上目標(biāo)，導(dǎo)致其跟蹤誤差達(dá)到了30°。當(dāng)只用光電轉(zhuǎn)臺對光軸進(jìn)行跟蹤指向時，其跟蹤誤差降到了0.6°，當(dāng)運(yùn)用衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制系統(tǒng)驅(qū)動衛(wèi)星光軸跟蹤指向誤差降低到了0.05°以內(nèi)。通過對以上3種情況的仿真結(jié)果對比，證明了衛(wèi)星光軸復(fù)合指向控制律設(shè)計(jì)的有效性，其協(xié)調(diào)調(diào)動了衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)，快反鏡系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)動，有效疊加了三者的輸出，使得衛(wèi)星光軸的指向范圍更大，跟蹤指向精度更高。

圖16 誤差曲線

4 結(jié)束語

衛(wèi)星光軸對空間高速運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行跟蹤指向是天基類衛(wèi)星的重要功能之一，單純的依靠衛(wèi)星的姿態(tài)調(diào)整能力限制了光軸的跟蹤指向性能，為此，通過對衛(wèi)星姿態(tài)、光電轉(zhuǎn)臺、快反鏡系統(tǒng)的協(xié)同控制運(yùn)動，從而大幅提升衛(wèi)星光軸的指向范圍、機(jī)動性和精度是可行的方案。基于此，本文針對此衛(wèi)星光軸指向復(fù)合控制系統(tǒng)，研究了衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，光電轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)，快反鏡系統(tǒng)的特性，提出了一種衛(wèi)星光軸的復(fù)合指向控制方法，有效地解決了衛(wèi)星光軸各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作和復(fù)合控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)的工作頻帶分解問題，實(shí)現(xiàn)了對衛(wèi)星姿態(tài)，光電轉(zhuǎn)臺，快反鏡的三重復(fù)合控制，并且有效地提高了衛(wèi)星光軸的跟蹤指向范圍、機(jī)動性、伺服精度。相較與其他復(fù)合控制的設(shè)計(jì)方法，其具有設(shè)計(jì)過程較為簡單，計(jì)算量偏小的優(yōu)點(diǎn)。該方法為未來空間天基類衛(wèi)星的光軸指向類控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。