發(fā)布時間：2017-09-16 15:00

  本文關鍵詞：可重構控制力矩陀螺群操控技術研究

  更多相關文章： 控制力矩陀螺 可重構 構型 奇異 操縱律

【摘要】：超敏捷衛(wèi)星需要具有快速機動和高精度的姿態(tài)控制能力,從而保證精確、快速的跟蹤與定位。與傳統(tǒng)衛(wèi)星執(zhí)行機構飛輪相比,控制力矩陀螺(Control Moment Gyro:CMG)相比傳統(tǒng)執(zhí)行機構,具有清潔和輸出較大力矩的優(yōu)點。對于要求快速姿態(tài)機動和跟蹤的超敏捷衛(wèi)星來說,它將是首選的姿態(tài)控制執(zhí)行機構。CMG作為衛(wèi)星執(zhí)行機構時存在以下問題需要解決:第一,當前主流CMG的力矩輸出精度較低,在衛(wèi)星姿態(tài)進行大角度機動時通常采用先CMG進行大角度的機動,再結合其它執(zhí)行機構進行精確控制的方式,以達到所需穩(wěn)態(tài)控制精度,但是這種方式增加了控制系統(tǒng)的復雜度與成本;第二,由于CMG單體在控制過程中存在耦合干擾,控制策略復雜;第三,當前主流的CMG構型設計,單體故障會大大降低系統(tǒng)性能。針對上述問題,本文將可重構思想引入到CMG的構型設計中,利用微型CMG單體組成可重構群,通過一定的重構策略改變構型中CMG單體參與控制的方式,優(yōu)化CMG群可用的動量分布狀態(tài),使其既能提供大力矩,又能輸出精細力矩。文中可重構構型采用多臺微型CMG單體替代大型CMG單體的方案,使每個單體失效后對系統(tǒng)的不利影響減小。CMG單體指標要求的降低,也會使CMG單體研制成本大幅下降。本文主要針對微型CMG系統(tǒng)的可重構構型、操縱機理和奇異面分布等方面進行研究,完成了以下幾個方面的研究工作:論文在充分進行相關理論調研的基礎上,設計了CMG群的可重構構型。文中以CMG群系統(tǒng)提供角動量的能力為約束條件,分析了從4~8個CMG單體組成的各種構型的群角動量效益,并逐個分析了單體失效后對整個構型角動量輸出的影響。結合對比分析,提出了由8個CMG單體組成的可重構構型方案。當衛(wèi)星需要大力矩進行快速機動時,CMG群重構為輸出大力矩模式;當衛(wèi)星需要小力矩進行精細控制時,CMG群重構成輸出小力矩方式,能夠兼顧快速機動時的大力矩和精細控制時的小力矩兩種情況。論文對可重構CMG構型進行奇異特性的分析。論文通過對傳統(tǒng)構型奇異產生的機理、分類等進行調研,以此為基礎對所設計的CMG可重構構型的各類奇異面分布情況進行研究。相比于傳統(tǒng)的構型,其奇異面分布空間對稱性好,不可由零運動避免的顯奇異大多分布于外包絡面。論文對可重構CMG群參與衛(wèi)星姿態(tài)控制進行了研究,采用非對角奇異魯棒操縱律對可重構后的構型進行操控,并設計了一種新型的基于濾波反步法的衛(wèi)星姿態(tài)控制器。基于Matlab/Simulink分別采用經(jīng)典構型和可重構構型進行了衛(wèi)星大角度和小角度機動仿真,通過對比驗證了所設計可重構CMG構型的正確性與可行性。
【關鍵詞】：控制力矩陀螺 可重構 構型 奇異 操縱律
【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V448.22
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 研究背景與意義12-14
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3 本文研究目的和章節(jié)安排18-20
• 第2章 CMG系統(tǒng)相關理論研究20-28
• 2.1 衛(wèi)星坐標系與姿態(tài)描述參數(shù)20-23
• 2.2 CMG控制原理23-25
• 2.3 衛(wèi)星姿態(tài)運動學與動力學方程25-26
• 2.4 本章小結26-28
• 第3章 可重構CMG構型設計28-60
• 3.1 可重構CMG構型設計要求28-29
• 3.2 可重構CMG構型設計29-59
• 3.3 本章小結59-60
• 第4章 可重構CMG構型奇異分析60-76
• 4.1 奇異原理與奇異分類60-61
• 4.2 可重構CMG構型奇異分析61-64
• 4.3 CMG可重構性分析64-69
• 4.4 CMG操縱律分析69-75
• 4.5 本章小結75-76
• 第5章 CMG可重構構型仿真驗證76-90
• 5.1 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)結構76-77
• 5.2 姿態(tài)控制器設計77-83
• 5.3 姿態(tài)控制閉環(huán)系統(tǒng)仿真建模與分析83-89
• 5.4 本章小結89-90
• 第6章 結論和展望90-92
• 6.1 結論90
• 6.2 展望90-92
• 參考文獻92-96
• 在學期間學術成果情況96-98
• 指導教師及作者簡介98-100
• 致謝100

【參考文獻】

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本文編號：863721