針對應(yīng)用變速控制力矩陀螺VSCMG為姿態(tài)控制執(zhí)行機構(gòu)的微小衛(wèi)星,提出了一種姿態(tài)機動最優(yōu)路徑規(guī)劃方法。從冗余金字塔構(gòu)型VSCMGs系統(tǒng)的姿態(tài)機動任務(wù)和考慮VSCMGs系統(tǒng)故障失效的姿態(tài)機動任務(wù)兩類問題出發(fā),綜合考慮VSCMG在實際工程應(yīng)用中的各種約束條件（框架角約束、框架角速度約束、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速約束和奇異度量約束等）以及充分發(fā)揮VSCMG的力矩輸出優(yōu)勢,采用Gauss偽譜法規(guī)劃了相應(yīng)性能指標最優(yōu)的姿態(tài)機動最優(yōu)路徑。仿真結(jié)果表明設(shè)計的應(yīng)用VSCMG的航天器姿態(tài)機動最優(yōu)路徑規(guī)劃算法能夠滿足提出的約束條件和最優(yōu)路徑規(guī)劃策略,可以順利完成航天器姿態(tài)機動任務(wù)。而且相比于傳統(tǒng)的VSCMGs系統(tǒng)操縱律,設(shè)計的算法具有更高的實用性和有效性。 

【文章來源】：宇航學報. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

金字塔構(gòu)型的VSCMGs系統(tǒng)安裝圖

考慮繞滾動軸[45°, 0°, 0°]的大角度姿態(tài)機動,仿真結(jié)果如圖2所示。由上面的仿真結(jié)果可知,整個過程中各軌跡曲線的變化相對光滑,沒有出現(xiàn)抖動、超調(diào)等現(xiàn)象,說明所設(shè)計路徑規(guī)劃算法的合理性。整個姿態(tài)機動時間約為11 s,性能指標函數(shù)值為13.07,其中功耗部分的性能指標函數(shù)值為2.14。圖2(a)的四元數(shù)軌跡表明規(guī)劃的姿態(tài)機動路徑滿足任務(wù)要求,衛(wèi)星可以順利完成姿態(tài)機動任務(wù)。圖2(b)的姿態(tài)角速度軌跡表明衛(wèi)星的姿態(tài)機動經(jīng)歷了典型的加速-勻速-減速運動三個階段,姿態(tài)機動速度未超過允許范圍。圖2(d)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速軌跡變化不大,說明RW子模塊輸出力矩比較小,滿足以RW子模塊輸出力矩為輔的原則。圖2(e)的CMG子模塊奇異度量軌跡顯示mcmg始終大于0,滿足路徑約束條件,系統(tǒng)始終處于無CMG子模塊奇異狀態(tài)。

考慮繞滾動軸[45°, 0°, 0°]的大角度姿態(tài)機動,仿真結(jié)果如下圖3所示。由上面的仿真結(jié)果可知,整個過程中各軌跡曲線的變化相對光滑,沒有出現(xiàn)抖動、超調(diào)等現(xiàn)象,說明所設(shè)計路徑規(guī)劃算法的合理性。圖3(a)的四元數(shù)軌跡表明:在單個陀螺完全故障失效時,整個過程中各軌跡曲線的變化相對光滑,沒有出現(xiàn)抖動、超調(diào)等現(xiàn)象,說明所設(shè)計路徑規(guī)劃算法的合理性。圖3(c)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速軌跡變化不大,說明RW子模塊輸出力矩比較小,滿足以RW子模塊輸出力矩為輔的原則。圖3(d)的系統(tǒng)奇異度量軌跡說明系統(tǒng)始終處于無奇異狀態(tài)。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]微小衛(wèi)星多約束姿態(tài)機動規(guī)劃方法[J]. 馮振欣,郭建國,周軍.  宇航學報. 2019(10)
[2]執(zhí)行機構(gòu)故障的航天器姿態(tài)容錯控制[J]. 耿云海,金榮玉,陳雪芹,李冬柏.  宇航學報. 2017(11)
[3]控制力矩陀螺輔助的空間站大角度姿態(tài)機動[J]. 章勝,黃海兵,趙乾,唐國金.  國防科技大學學報. 2013(04)
[4]基于偽譜法的固定采樣實時最優(yōu)制導(dǎo)方法研究[J]. 王麗英,張友安.  宇航學報. 2012(11)
[5]基于自適應(yīng)高斯偽譜法的SGCMG無奇異框架角軌跡規(guī)劃[J]. 孫志遠,金光,張劉,徐開,楊秀彬.  宇航學報. 2012(05)
[6]考慮時間因素的敏捷自主航天器四維姿態(tài)運動規(guī)劃方法研究[J]. 王平,郭繼峰,陳誠,崔乃剛.  宇航學報. 2011(03)
[7]基于混合規(guī)劃策略的空間機械臂運動規(guī)劃研究[J]. 廖一寰,李道奎,唐國金.  宇航學報. 2011(01)
[8]基于Gauss偽譜法的固體運載火箭上升段軌跡快速優(yōu)化研究[J]. 楊希祥,張為華.  宇航學報. 2011(01)

博士論文
[1]考慮力矩陀螺奇異與飽和的空間站姿態(tài)機動控制策略與路徑規(guī)劃[D]. 趙乾.國防科學技術(shù)大學 2015



本文編號：3104473