应用变速控制力矩陀螺的航天器姿态机动最优路径规划

发布时间：2021-03-27 23:55

　　针对应用变速控制力矩陀螺VSCMG为姿态控制执行机构的微小卫星,提出了一种姿态机动最优路径规划方法。从冗余金字塔构型VSCMGs系统的姿态机动任务和考虑VSCMGs系统故障失效的姿态机动任务两类问题出发,综合考虑VSCMG在实际工程应用中的各种约束条件（框架角约束、框架角速度约束、转子转速约束和奇异度量约束等）以及充分发挥VSCMG的力矩输出优势,采用Gauss伪谱法规划了相应性能指标最优的姿态机动最优路径。仿真结果表明设计的应用VSCMG的航天器姿态机动最优路径规划算法能够满足提出的约束条件和最优路径规划策略,可以顺利完成航天器姿态机动任务。而且相比于传统的VSCMGs系统操纵律,设计的算法具有更高的实用性和有效性。 

【文章来源】：宇航学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

金字塔构型的VSCMGs系统安装图

考虑绕滚动轴[45°, 0°, 0°]的大角度姿态机动,仿真结果如图2所示。由上面的仿真结果可知,整个过程中各轨迹曲线的变化相对光滑,没有出现抖动、超调等现象,说明所设计路径规划算法的合理性。整个姿态机动时间约为11 s,性能指标函数值为13.07,其中功耗部分的性能指标函数值为2.14。图2(a)的四元数轨迹表明规划的姿态机动路径满足任务要求,卫星可以顺利完成姿态机动任务。图2(b)的姿态角速度轨迹表明卫星的姿态机动经历了典型的加速-匀速-减速运动三个阶段,姿态机动速度未超过允许范围。图2(d)的转子转速轨迹变化不大,说明RW子模块输出力矩比较小,满足以RW子模块输出力矩为辅的原则。图2(e)的CMG子模块奇异度量轨迹显示mcmg始终大于0,满足路径约束条件,系统始终处于无CMG子模块奇异状态。

考虑绕滚动轴[45°, 0°, 0°]的大角度姿态机动,仿真结果如下图3所示。由上面的仿真结果可知,整个过程中各轨迹曲线的变化相对光滑,没有出现抖动、超调等现象,说明所设计路径规划算法的合理性。图3(a)的四元数轨迹表明:在单个陀螺完全故障失效时,整个过程中各轨迹曲线的变化相对光滑,没有出现抖动、超调等现象,说明所设计路径规划算法的合理性。图3(c)的转子转速轨迹变化不大,说明RW子模块输出力矩比较小,满足以RW子模块输出力矩为辅的原则。图3(d)的系统奇异度量轨迹说明系统始终处于无奇异状态。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]考虑力矩陀螺奇异与饱和的空间站姿态机动控制策略与路径规划[D]. 赵乾.国防科学技术大学 2015



本文编号：3104473