基于混合执行机构的敏捷卫星姿态控制

发布时间：2020-07-18 19:57

【摘要】：敏捷卫星具备快速姿态机动能力,因此能执行多种多样的空间任务,在军民两方面都具有广泛的应用前景。敏捷卫星实现快速机动的基础是具备大力矩输出能力的姿态执行机构,一般采用推力器或控制力矩陀螺(Control Moment Gyros,CMG for short)。考虑到在轨使用寿命及控制精度的问题,敏捷卫星设计中更加倾向采用使用CMG作为主要姿态执行机构,同时采用力矩输出能力较小的反作用飞轮以提高姿态稳定与指向的精度。本文针对安装有金字塔构型SGCMG与反作用飞轮混合执行机构的敏捷卫星姿态控制问题,主要研究内容如下:建立了简化的安装混合执行机构的敏捷卫星姿态动力学;研究了快速求取特定方向CMG系统角动量外包络及对应框架角的计算方法;解析地求取了金字塔构型SGCMG所有零角动量框架角;论证了单纯利用CMG系统零运动无法完成所有零角动量框架角之间机动的问题;据此,设计了利用飞轮辅助CMG系统调整零角动量框架角的快速机动方法,以规避CMG系统单向力矩输出奇异。通过仿真验证了该方法的可行性。设计了以CMG框架角转速及飞轮角加速度有关的目标函数,采用拉格朗日乘子法得到了局部最优的控制力矩分配公式;在CMG系统指令框架角转速中直接添加CMG系统零运动,并利用一种新的CMG系统奇异指标的梯度驱使该零运动朝向远离奇异状态的方向运动。并通过仿真验证了其可行性。采用高斯伪谱法对安装有金字塔构型SGCMG与飞轮的敏捷卫星进行姿态快速机动轨迹优化,针对混合执行结构的特点,重新选取了优化问题中的系统状态量及控制量,通过将CMG系统奇异度量作为路径约束的方法,不仅使得最终优化出的CMG框架角轨迹避免了奇异,也合理减小了传统卫星快速轨迹规划对混合执行机构力矩输出的约束,使得机动速度有了很大提升。最终设计了相关控制律,同时保证了敏捷卫星对姿态参考轨迹以及CMG系统对框架角参考轨迹的跟踪。
【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】：2019
【分类号】：V448.22
【图文】：

图 1-1 昴星宿为双重应用系统，以满足欧洲防务以及民B 两星分别于 2011 年 12 月与 2012 年 1B 配备了当时最新一代的光纤陀螺仪和控偏航灵活性，使其能够最大化特定区域的意方向 5°、10s 内 10°与 25s 内 60°的型号敏捷卫星，由美国 DigitalGlobe 公司 年 10 月以及 2014 年 8 月成功发射了 Wo是军民两用，WorldView-1主要美国国家地

图 1-1 昴星宿Pléiades 被设计为双重应用系统，以满足欧洲防务以及民用和商业的空间需求。1A 与 1B 两星分别于 2011 年 12 月与 2012 年 12 月发射升空入ades-HR 1A 和 1B 配备了当时最新一代的光纤陀螺仪和控制力矩陀螺，可的滚转，俯仰和偏航灵活性，使其能够最大化特定区域的图像采集数量。在 8s 内完成任意方向 5°、10s 内 10°与 25s 内 60°的姿态机动。WorldView 计划WorldView 系列型号敏捷卫星，由美国 DigitalGlobe 公司主导研发。目前7 年 9 月、2009 年 10 月以及 2014 年 8 月成功发射了 WorldView-1、-2 及。同Pléiades也是军民两用，WorldView-1主要美国国家地理空间情报局（N服务。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文12 英寸）分辨率的商用全色图像，分辨率为 1.谱图像，3.7 米（12 英尺 2 英寸）分辨率的短胶，蒸汽，冰和雪）数据分辨率为 30 米（98系列卫星采用四个转速为 6000rmp 的单框架控梁+板式结构构成合理的传力路径，同时对 CM减少了 CMG 扰振对卫星姿态稳定度的影响。 WorldView 的具有了偏离星下点±40°的快速eg/s，角加速度 1.5deg/(s^2)。太阳同步轨道上的地球观测卫星，也是 cartos度空间研究组织(ISSO)研制、发射和维护。它于印度自生国土的地图测绘。它是由 PSLV-G 火

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本文编号：2761360