基于控制力矩陀螺群的航天器姿态控制方法研究
发布时间：2023-04-29 16:50
航天器常常有快速或者大角度的姿态机动任务,而控制力矩陀螺由于具有力矩放大作用成为了理想的姿态执行机构,本文对安装有控制力矩陀螺群的航天器姿态控制方法进行研究,主要包括以下内容:针对SGCMGs作为刚体航天器的姿态执行机构已经陷入奇异状态的情况,对奇异面分别在力矩空间和框架角空间进行可视化分析,根据可穿过性把奇异面分为显奇异和隐奇异两类,讨论角动量空间、力矩空间和框架角空间之间的关系,设计框架角空间下的快速奇异逃离操纵律。由于加入了奇异面约束,可以保证SGCMGs在陷入内部显奇异后,沿着内部奇异面快速滑动到框架角空间中最近的边界点,并利用零运动逃离奇异状态。所需要的额外计算量与存储量都在目前星载计算机能够接受的范围内,本章所设计的操纵律可以实现快速而有方向地逃离内部奇异面,可以减小由于引入力矩误差对姿态控制性能的影响。针对SGCMGs作为刚体航天器的姿态执行机构没有陷入奇异状态的情况,基于流形理论分析显奇异面和隐奇异面的方向性,根据流形空间的作用讨论避免内部显奇异面的可能性,并设计两种奇异避免操纵律:框架角重定向操纵律通过分析零角动量点的流形,得到和指令力矩方向相关的最优初始框架角组合,...
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 SGCMG在航天领域的应用
1.2.2 SGCMGs的奇异分析方法
1.2.3 SGCMGs的操纵律
1.2.4 基于SGCMGs的挠性航天器振动抑制方法
1.3 本文的主要内容
第2章 航天器姿态动力学与SGCMG系统
2.1 引言
2.2 刚体航天器姿态动力学与姿态机动
2.2.1 常用坐标系
2.2.2 刚体航天器姿态动力学与运动学方程
2.2.3 姿态机动控制方法
2.3 SGCMGs的基本原理
2.3.1 SGCMGs的力矩输出原理
2.3.2 SGCMGs常用构型
2.4 带有SGCMGs的挠性航天器姿态动力学
2.4.1 一般挠性航天器姿态动力学
2.4.2 柔性结构上安装SGCMGs的挠性航天器姿态动力学
2.5 本章小结
第3章 框架角空间下的SGCMGs快速奇异逃离操纵律
3.1 引言
3.2 奇异面分析
3.2.1 奇异原理
3.2.2 奇异类型
3.2.3 力矩空间、框架角空间与角动量空间之间的关系
3.3 框架角空间下的快速奇异逃离操纵律
3.3.1 奇异面边界
3.3.2 快速奇异逃离操纵律设计
3.3.3 整体操纵律设计
3.4 仿真结果与分析
3.4.1 仿真参数
3.4.2 仿真结果分析
3.5 本章小结
第4章 基于流形理论的SGCMGs奇异避免操纵律
4.1 引言
4.2 流形分析
4.2.1 流形与流形路径
4.2.2 奇异面的方向性
4.2.3 含有多个隐奇异点的流形
4.2.4 流形空间
4.3 框架角重定向操纵律设计
4.3.1 梯度法
4.3.2 最优初始框架角组合
4.3.3 框架角重定向
4.4 流形路径选择操纵律设计
4.4.1 梯度法
4.4.2 流形路径选择操纵律设计
4.5 仿真结果与分析
4.5.1 仿真参数
4.5.2 仿真结果分析
4.6 本章小结
第5章 基于SGCMGs的挠性航天器振动抑制方法
5.1 引言
5.2 控制器设计
5.2.1 挠性航天器姿态动力学模型
5.2.2 控制器设计
5.3 模态力矩补偿器设计
5.3.1 模态分析
5.3.2 模态力矩补偿器设计
5.4 操纵律设计
5.4.1 模态奇异状态
5.4.2 模态奇异分析
5.4.3 操纵律设计
5.5 仿真结果与分析
5.5.1 仿真参数
5.5.2 仿真结果分析
5.6 本章小结
第6章 基于SGCMGs的挠性航天器姿态机动与振动抑制一体化控制
6.1 引言
6.2 控制器与操纵律设计
6.2.1 挠性航天器姿态动力学模型
6.2.2 控制器设计
6.2.3 SGCMGs操纵律设计
6.3 模态分析
6.4 仿真结果与分析
6.4.1 仿真参数
6.4.2 仿真结果分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3805360
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 SGCMG在航天领域的应用
1.2.2 SGCMGs的奇异分析方法
1.2.3 SGCMGs的操纵律
1.2.4 基于SGCMGs的挠性航天器振动抑制方法
1.3 本文的主要内容
第2章 航天器姿态动力学与SGCMG系统
2.1 引言
2.2 刚体航天器姿态动力学与姿态机动
2.2.1 常用坐标系
2.2.2 刚体航天器姿态动力学与运动学方程
2.2.3 姿态机动控制方法
2.3 SGCMGs的基本原理
2.3.1 SGCMGs的力矩输出原理
2.3.2 SGCMGs常用构型
2.4 带有SGCMGs的挠性航天器姿态动力学
2.4.1 一般挠性航天器姿态动力学
2.4.2 柔性结构上安装SGCMGs的挠性航天器姿态动力学
2.5 本章小结
第3章 框架角空间下的SGCMGs快速奇异逃离操纵律
3.1 引言
3.2 奇异面分析
3.2.1 奇异原理
3.2.2 奇异类型
3.2.3 力矩空间、框架角空间与角动量空间之间的关系
3.3 框架角空间下的快速奇异逃离操纵律
3.3.1 奇异面边界
3.3.2 快速奇异逃离操纵律设计
3.3.3 整体操纵律设计
3.4 仿真结果与分析
3.4.1 仿真参数
3.4.2 仿真结果分析
3.5 本章小结
第4章 基于流形理论的SGCMGs奇异避免操纵律
4.1 引言
4.2 流形分析
4.2.1 流形与流形路径
4.2.2 奇异面的方向性
4.2.3 含有多个隐奇异点的流形
4.2.4 流形空间
4.3 框架角重定向操纵律设计
4.3.1 梯度法
4.3.2 最优初始框架角组合
4.3.3 框架角重定向
4.4 流形路径选择操纵律设计
4.4.1 梯度法
4.4.2 流形路径选择操纵律设计
4.5 仿真结果与分析
4.5.1 仿真参数
4.5.2 仿真结果分析
4.6 本章小结
第5章 基于SGCMGs的挠性航天器振动抑制方法
5.1 引言
5.2 控制器设计
5.2.1 挠性航天器姿态动力学模型
5.2.2 控制器设计
5.3 模态力矩补偿器设计
5.3.1 模态分析
5.3.2 模态力矩补偿器设计
5.4 操纵律设计
5.4.1 模态奇异状态
5.4.2 模态奇异分析
5.4.3 操纵律设计
5.5 仿真结果与分析
5.5.1 仿真参数
5.5.2 仿真结果分析
5.6 本章小结
第6章 基于SGCMGs的挠性航天器姿态机动与振动抑制一体化控制
6.1 引言
6.2 控制器与操纵律设计
6.2.1 挠性航天器姿态动力学模型
6.2.2 控制器设计
6.2.3 SGCMGs操纵律设计
6.3 模态分析
6.4 仿真结果与分析
6.4.1 仿真参数
6.4.2 仿真结果分析
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3805360
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