可变构型的控制力矩陀螺控制方法

发布时间：2021-03-04 06:19

　　针对固定构型的控制力矩陀螺群无法灵活改变其合成角动量包络以适应卫星不同工况的姿态机动需求问题,设计了一种可变构型的控制力矩陀螺群控制方法。建立了可变构型的控制力矩陀螺群的动力学模型;在考虑控制力矩陀螺群框架角速度、高速转子转速以及构型倾角变化速率等多变量下,设计了可变构型的控制力矩陀螺群的操纵律;分析了构型倾角固定和构型倾角可变情形下的控制力矩陀螺群合成角动量包络和奇异状态分布情况。采用可变构型的控制力矩陀螺群进行了卫星多工况姿态敏捷机动控制。数学仿真校验表明,可变构型的控制力矩陀螺控制方法能够实现金字塔构型下不同数目的控制力矩陀螺故障时的卫星三轴敏捷机动控制。 

【文章来源】：中国空间科学技术. 2020,40(06)北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

奇异度对比

式中:δi为第i个CMG的框架角,i=1,2,3,4;cβ=cosβ,sβ=sinβ,cδi=cosδ,sδi=sinδi,hi= IswiΩi,为第i个CMG的标称角动量,Iswi为第i个CMG高速转子惯量,Ωi为第i个CMG高速转子转速。若CMG群的安装构型倾角β可控,由式(1)可知,CMG群合成角动量与框架角δi、高速转子转速Ωi以及安装构型倾角β相关。因此,综合考虑δi、Ωi、β等多变量因素,求取式(1)合成角动量对时间的导数。在卫星本体系下,CMG群输出合成力矩τ可表示为:

上述设计的操纵律,通过判断整星姿态控制的目标力矩的模x=norm(τ)动态调节各个量的力矩分配系数。当姿态控制力矩的模norm(τ)远离0时,通过式(4)计算,平滑调大框架角力矩权重系数Wg0以及安装构型倾角力矩分配系数Wβ,通过改变框架转角速度和安装构型,进行大力矩输出;当姿态控制力矩的模norm(τ)接近0时,通过式(4)计算,操纵律平滑调小Wg0和Wβ,调大高速转子的权重系数Wsi。此时,CMG群框架角分配力矩接近于0,保持稳定,避免了框架转动输出较大的扰动力矩;安装构型倾角分配力矩接近于0,CMG群保持稳定的构型。通过高速转子改变转速,输出精细力矩,实现卫星的高精度高稳态控制。式(4)选取适当的参数,则可计算出Wg0、Wsi和Wβ力矩分配系数,如图2所示。2.2 零运动避奇异操纵控制

【参考文献】：
期刊论文
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[5]基于增益调度的变速控制力矩陀螺操纵律设计[J]. 张科备,王大轶,汤亮.  空间控制技术与应用. 2016(06)
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[8]一种避免SGCMG系统奇异性的新方法[J]. 杨云刚,王峰,潘小彤,孙兆伟.  上海航天. 2013(05)
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本文编号：3062714