本文關(guān)鍵詞：可重構(gòu)控制力矩陀螺群操控技術(shù)研究

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【摘要】：超敏捷衛(wèi)星需要具有快速機(jī)動(dòng)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(jī)構(gòu)飛輪相比,控制力矩陀螺(Control Moment Gyro:CMG)相比傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),具有清潔和輸出較大力矩的優(yōu)點(diǎn)。對于要求快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)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(jī)構(gòu)。CMG作為衛(wèi)星執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)存在以下問題需要解決:第一,當(dāng)前主流CMG的力矩輸出精度較低,在衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行大角度機(jī)動(dòng)時(shí)通常采用先CMG進(jìn)行大角度的機(jī)動(dòng),再結(jié)合其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確控制的方式,以達(dá)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(fù)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(fù)雜;第三,當(dāng)前主流的CMG構(gòu)型設(shè)計(jì),單體故障會(huì)大大降低系統(tǒng)性能。針對上述問題,本文將可重構(gòu)思想引入到CMG的構(gòu)型設(shè)計(jì)中,利用微型CMG單體組成可重構(gòu)群,通過一定的重構(gòu)策略改變構(gòu)型中CMG單體參與控制的方式,優(yōu)化CMG群可用的動(dòng)量分布狀態(tài),使其既能提供大力矩,又能輸出精細(xì)力矩。文中可重構(gòu)構(gòu)型采用多臺(tái)微型CMG單體替代大型CMG單體的方案,使每個(gè)單體失效后對系統(tǒng)的不利影響減小。CMG單體指標(biāo)要求的降低,也會(huì)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(gòu)構(gòu)型、操縱機(jī)理和奇異面分布等方面進(jìn)行研究,完成了以下幾個(gè)方面的研究工作:論文在充分進(jìn)行相關(guān)理論調(diào)研的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了CMG群的可重構(gòu)構(gòu)型。文中以CMG群系統(tǒng)提供角動(dòng)量的能力為約束條件,分析了從4~8個(gè)CMG單體組成的各種構(gòu)型的群角動(dòng)量效益,并逐個(gè)分析了單體失效后對整個(gè)構(gòu)型角動(dòng)量輸出的影響。結(jié)合對比分析,提出了由8個(gè)CMG單體組成的可重構(gòu)構(gòu)型方案。當(dāng)衛(wèi)星需要大力矩進(jìn)行快速機(jī)動(dòng)時(shí),CMG群重構(gòu)為輸出大力矩模式;當(dāng)衛(wèi)星需要小力矩進(jìn)行精細(xì)控制時(shí),CMG群重構(gòu)成輸出小力矩方式,能夠兼顧快速機(jī)動(dòng)時(shí)的大力矩和精細(xì)控制時(shí)的小力矩兩種情況。論文對可重構(gòu)CMG構(gòu)型進(jìn)行奇異特性的分析。論文通過對傳統(tǒng)構(gòu)型奇異產(chǎn)生的機(jī)理、分類等進(jìn)行調(diào)研,以此為基礎(chǔ)對所設(shè)計(jì)的CMG可重構(gòu)構(gòu)型的各類奇異面分布情況進(jìn)行研究。相比于傳統(tǒng)的構(gòu)型,其奇異面分布空間對稱性好,不可由零運(yùn)動(dòng)避免的顯奇異大多分布于外包絡(luò)面。論文對可重構(gòu)CMG群參與衛(wèi)星姿態(tài)控制進(jìn)行了研究,采用非對角奇異魯棒操縱律對可重構(gòu)后的構(gòu)型進(jìn)行操控,并設(shè)計(jì)了一種新型的基于濾波反步法的衛(wèi)星姿態(tài)控制器�；贛atlab/Simulink分別采用經(jīng)典構(gòu)型和可重構(gòu)構(gòu)型進(jìn)行了衛(wèi)星大角度和小角度機(jī)動(dòng)仿真,通過對比驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)可重構(gòu)CMG構(gòu)型的正確性與可行性。
【關(guān)鍵詞】：控制力矩陀螺 可重構(gòu) 構(gòu)型 奇異 操縱律
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(nèi)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(guān)理論研究20-28
• 2.1 衛(wèi)星坐標(biāo)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(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)方程25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 第3章 可重構(gòu)CMG構(gòu)型設(shè)計(jì)28-60
• 3.1 可重構(gòu)CMG構(gòu)型設(shè)計(jì)要求28-29
• 3.2 可重構(gòu)CMG構(gòu)型設(shè)計(jì)29-59
• 3.3 本章小結(jié)59-60
• 第4章 可重構(gòu)CMG構(gòu)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(gòu)CMG構(gòu)型奇異分析61-64
• 4.3 CMG可重構(gòu)性分析64-69
• 4.4 CMG操縱律分析69-75
• 4.5 本章小結(jié)75-76
• 第5章 CMG可重構(gòu)構(gòu)型仿真驗(yàn)證76-90
• 5.1 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)76-77
• 5.2 姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)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(jié)89-90
• 第6章 結(jié)論和展望90-92
• 6.1 結(jié)論90
• 6.2 展望90-92
• 參考文獻(xiàn)92-96
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況96-98
• 指導(dǎo)教師及作者簡介98-100
• 致謝100

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙乾;唐國金;;單框架控制力矩陀螺部分失效時(shí)的空間站姿態(tài)機(jī)動(dòng)方法[J];國防科技大學(xué)學(xué)報(bào);2015年06期

2 胡宇桑;王大軼;劉成瑞;;衛(wèi)星混合執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可重構(gòu)性研究[J];航天控制;2014年03期

3 樊雯;程月華;姜斌;劉文靜;;衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)性分析[J];宇航學(xué)報(bào);2014年02期

4 顧朋;王大軼;劉成瑞;;零動(dòng)量衛(wèi)星輪控系統(tǒng)可重構(gòu)性設(shè)計(jì)研究[J];中國空間科學(xué)技術(shù);2013年01期

5 李波;胡慶雷;石忠;馬廣富;;基于反步法與動(dòng)態(tài)控制分配的航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制[J];控制理論與應(yīng)用;2012年11期

6 馬廣富;張海博;胡慶雷;;基于反步法的主從航天器相對姿態(tài)控制[J];控制理論與應(yīng)用;2012年06期

7 周洪波;裴海龍;賀躍幫;趙運(yùn)基;;基于濾波反步法的無人直升機(jī)軌跡跟蹤控制[J];控制與決策;2012年04期

8 常洪龍;白濱;焦文龍;謝建兵;秦子明;苑偉政;;大輸出微控制力矩陀螺的設(shè)計(jì)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2011年08期

9 周麗;姜長生;都延麗;;一種基于反步法的魯棒自適應(yīng)終端滑�？刂芠J];控制理論與應(yīng)用;2009年06期

10 楊小會(huì);秦永元;;無陀螺下基于修正羅德里格參數(shù)的星體姿態(tài)確定[J];中國空間科學(xué)技術(shù);2006年06期

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本文編號(hào)：863721