中文摘要：

以我国未来的空间实验室和空间站等大型航天器为背景，研究挠性航天器能量/姿态一体化系统（IPACS）的动力学和控制问题。重点研究使用变速力矩陀螺（VCMG）的IPACS的动力学、姿态控制和能量转换问题。主要研究内容包括VCMG构型变化对航天器姿态的影响；航天器的挠性振动与VCMG储能/姿态控制相互作用的机理；陀螺群中部分陀螺失效时的动力学与控制问题及其储能与姿态控制的机理。项目完成后，将为我国空间实验室和空间站等大型航天器提供能量/姿态一体化动力学分析方法与姿态控制器设计方法。对减小这类航天器的质量、增加航天器的使用寿命，以及提高航天器能源和姿态控制系统的可靠性，具有非常重要的理论意义和实际意义。

结论摘要：

本项目研究挠性航天器能量/姿态一体化控制系统(IPACS)的动力学与控制问题。采用拟坐标下的拉格朗日方程及动量矩定理完成了大型挠性航天器IPACS的建模与动力学分析。建立了采用欧拉角、罗格里斯参数、四元数描述的姿态运动学方程。针对姿态稳定、姿态机动和姿态跟踪等任务，分别设计了自适应控制器、鲁棒控制器和最优控制器。系统地研究了IPACS的理论和应用问题，对IPACS的执行机构的构型形式、奇异性分析、避免奇异的操纵律设计进行了深入的研究。完成了航天器的能量存储/释放、姿态控制、挠性附件间的耦合效应的分析与研究，探讨了陀螺输出力矩误差产生的机理及其补偿方法，特别是由框架角加速度产生的误差和构型奇异时输出力矩误差的补偿方法。研究了存在执行机构方位误差时IPACS的设计方法，提出了采用欧拉坐标转换矩阵对执行机构方位误差建模的方法，设计了相应的自适应控制器及鲁棒控制器。研究了失效模式下欠驱动航天器姿态控制系统的设计问题，对执行机构性能进行了再分析，完成了操纵律的重构。针对五棱锥构型的陀螺群出现两个陀螺失效的情况，提出了一种约束操纵律设计方法，有效地避免了奇异。数值仿真验证了所得理论结果的正确性。