航天器常常有快速或者大角度的姿態(tài)機(jī)動(dòng)任務(wù),而控制力矩陀螺由于具有力矩放大作用成為了理想的姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu),本文對安裝有控制力矩陀螺群的航天器姿態(tài)控制方法進(jìn)行研究,主要包括以下內(nèi)容:針對SGCMGs作為剛體航天器的姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)陷入奇異狀態(tài)的情況,對奇異面分別在力矩空間和框架角空間進(jìn)行可視化分析,根據(jù)可穿過性把奇異面分為顯奇異和隱奇異兩類,討論角動(dòng)量空間、力矩空間和框架角空間之間的關(guān)系,設(shè)計(jì)框架角空間下的快速奇異逃離操縱律。由于加入了奇異面約束,可以保證SGCMGs在陷入內(nèi)部顯奇異后,沿著內(nèi)部奇異面快速滑動(dòng)到框架角空間中最近的邊界點(diǎn),并利用零運(yùn)動(dòng)逃離奇異狀態(tài)。所需要的額外計(jì)算量與存儲(chǔ)量都在目前星載計(jì)算機(jī)能夠接受的范圍內(nèi),本章所設(shè)計(jì)的操縱律可以實(shí)現(xiàn)快速而有方向地逃離內(nèi)部奇異面,可以減小由于引入力矩誤差對姿態(tài)控制性能的影響。針對SGCMGs作為剛體航天器的姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有陷入奇異狀態(tài)的情況,基于流形理論分析顯奇異面和隱奇異面的方向性,根據(jù)流形空間的作用討論避免內(nèi)部顯奇異面的可能性,并設(shè)計(jì)兩種奇異避免操縱律:框架角重定向操縱律通過分析零角動(dòng)量點(diǎn)的流形,得到和指令力矩方向相關(guān)的最優(yōu)初始框架角組合,...

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 SGCMG在航天領(lǐng)域的應(yīng)用
        1.2.2 SGCMGs的奇異分析方法
        1.2.3 SGCMGs的操縱律
        1.2.4 基于SGCMGs的撓性航天器振動(dòng)抑制方法
    1.3 本文的主要內(nèi)容
第2章 航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與SGCMG系統(tǒng)
    2.1 引言
    2.2 剛體航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與姿態(tài)機(jī)動(dòng)
        2.2.1 常用坐標(biāo)系
        2.2.2 剛體航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
        2.2.3 姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制方法
    2.3 SGCMGs的基本原理
        2.3.1 SGCMGs的力矩輸出原理
        2.3.2 SGCMGs常用構(gòu)型
    2.4 帶有SGCMGs的撓性航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)
        2.4.1 一般撓性航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)
        2.4.2 柔性結(jié)構(gòu)上安裝SGCMGs的撓性航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 框架角空間下的SGCMGs快速奇異逃離操縱律
    3.1 引言
    3.2 奇異面分析
        3.2.1 奇異原理
        3.2.2 奇異類型
        3.2.3 力矩空間、框架角空間與角動(dòng)量空間之間的關(guān)系
    3.3 框架角空間下的快速奇異逃離操縱律
        3.3.1 奇異面邊界
        3.3.2 快速奇異逃離操縱律設(shè)計(jì)
        3.3.3 整體操縱律設(shè)計(jì)
    3.4 仿真結(jié)果與分析
        3.4.1 仿真參數(shù)
        3.4.2 仿真結(jié)果分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于流形理論的SGCMGs奇異避免操縱律
    4.1 引言
    4.2 流形分析
        4.2.1 流形與流形路徑
        4.2.2 奇異面的方向性
        4.2.3 含有多個(gè)隱奇異點(diǎn)的流形
        4.2.4 流形空間
    4.3 框架角重定向操縱律設(shè)計(jì)
        4.3.1 梯度法
        4.3.2 最優(yōu)初始框架角組合
        4.3.3 框架角重定向
    4.4 流形路徑選擇操縱律設(shè)計(jì)
        4.4.1 梯度法
        4.4.2 流形路徑選擇操縱律設(shè)計(jì)
    4.5 仿真結(jié)果與分析
        4.5.1 仿真參數(shù)
        4.5.2 仿真結(jié)果分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 基于SGCMGs的撓性航天器振動(dòng)抑制方法
    5.1 引言
    5.2 控制器設(shè)計(jì)
        5.2.1 撓性航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型
        5.2.2 控制器設(shè)計(jì)
    5.3 模態(tài)力矩補(bǔ)償器設(shè)計(jì)
        5.3.1 模態(tài)分析
        5.3.2 模態(tài)力矩補(bǔ)償器設(shè)計(jì)
    5.4 操縱律設(shè)計(jì)
        5.4.1 模態(tài)奇異狀態(tài)
        5.4.2 模態(tài)奇異分析
        5.4.3 操縱律設(shè)計(jì)
    5.5 仿真結(jié)果與分析
        5.5.1 仿真參數(shù)
        5.5.2 仿真結(jié)果分析
    5.6 本章小結(jié)
第6章 基于SGCMGs的撓性航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)與振動(dòng)抑制一體化控制
    6.1 引言
    6.2 控制器與操縱律設(shè)計(jì)
        6.2.1 撓性航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型
        6.2.2 控制器設(shè)計(jì)
        6.2.3 SGCMGs操縱律設(shè)計(jì)
    6.3 模態(tài)分析
    6.4 仿真結(jié)果與分析
        6.4.1 仿真參數(shù)
        6.4.2 仿真結(jié)果分析
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個(gè)人簡歷



本文編號：3805360