平流层气球载平台上的视轴鲁棒指向控制

本文针对平流层气球载平台（如望远镜或定星镜）上光学仪器的控制器综合缺乏通用方法的问题，该平台需满足天文学任务背景下日益严格的指向要求。文献中多选择简单的控制结构，并基于地面测试凭经验调节控制增益。然而，由于气球和飞行链尺寸庞大，实验装置仅包含指向系统与平台，而飞行经验表明指向性能主要受制于完全展开系统的自然钟摆式振荡的抑制。该观察说明需要一种能预测此类无法在实验室复现的飞行条件的模型，以及一种处理视轴控制器设计的恰当方法。特别是，必须确保对气球载系统固有参数不确定性（如气球复杂特性或飞行中压舱物释放）的鲁棒稳定性与性能，尤其在实验验证有限的情况下。本文基于多体方法提出了完整系统的动力学模型，并利用线性分式变换考虑参数不确定性。与飞行数据的对比表明，平台运动的频率内容被准确预测。随后，将视轴鲁棒控制作为 $\mathcal H_{\infty}$ 问题处理，从而在扰动抑制、控制带宽与执行器限制方面达成性能目标。