应用控制力矩陀螺的卫星姿态控制研究
[Abstract]:With the wide application of high precision optical remote sensing to the earth and observation satellites in scientific research, commerce and military, the structure of satellites becomes more and more complex. The traditional angular momentum exchange actuators (such as flywheels) and jet thrusters which can not accurately output the continuous torque are difficult to meet the above requirements. The vibration problem of flexible accessories and the influence caused by the rotation of the accessories must be paid enough attention to. Single frame control moment gyroscope is an ideal actuator for satellite because of its simple and reliable physical structure and great torque amplification ability. However, its inherent singularity has a certain influence on its application. Therefore, the satellite attitude control problem of control moment gyroscope is studied in this paper. The main contents are as follows: firstly, the basic principle of single control moment gyroscope is introduced in detail. The common configuration of control moment gyroscope is briefly analyzed, and the control moment gyroscope with pyramid configuration is determined as the basis of the control law design in the next chapter. The control moment gyroscope with five pyramid configuration is characterized by its good configuration. As the best configuration for engineering applications. The principle and classification of singularity of control moment gyroscope (CMG) are described. The definitions of each coordinate system for satellite attitude description are given and the quaternion is taken as the satellite attitude description parameter in this paper and simplified. The kinematics model of flexible satellite attitude based on control moment gyroscope (CMG) as actuator is established. Combined quaternion kinematics model and flexible attitude dynamics constitute the flexible satellite attitude motion model in this paper. Secondly, based on the optimal idea, a new general control law form is obtained, which can be derived from a variety of practical control laws, according to the different dynamic effects of different initial frame angles on the control moment gyroscope in the control torque gyroscope. A method to obtain the initial optimal frame angle is designed to ensure that the control moment gyroscope can be kept away from singularity as far as possible. A new control law, feedback singular avoidance control law, is designed, which plays a certain role in avoiding singularity. A dual hybrid control law is proposed, which can accurately output torque when the control torque gyroscope is far from singularity, and can make the control moment gyroscope escape singularity, which brings great convenience to the mixed application of different control laws in practical engineering. Finally, when the flexible satellite is in orbit, it is affected by the unmodeled dynamics, the uncertainty of the model parameters and the external disturbance moment. A sliding mode variable structure control algorithm with nonlinear disturbance observer and a backstepping control algorithm with nonlinear disturbance observer are designed. The two control algorithms have the advantages of high maneuvering speed, simple structure, clear physical meaning and easy adjustment of parameters. In the environment of Matlab/Simulink, the two control algorithms are simulated in a unified background. The simulation results show that the algorithm is effective and reliable.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:V448.2
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,本文编号:2352193
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