航天器活动载荷扰动特性高精度模拟与测试技术研究

发布时间：2023-05-18 20:07

　　随着航天技术的发展,航天任务越来越复杂,精度要求越来越高,目前很多航天任务带有活动载荷,比如飞轮、太阳帆板等,这些活动载荷工作时会对航天器产生额外的扰动力矩,为了能够减弱甚至消除这种影响,需要在地面通过全物理仿真技术实现这些干扰因素影响的分析、验证。为此,本文提出了一种力矩扰动模拟系统来模拟航天器上活动载荷开机工作时对于航天器姿态的影响,为航天任务的顺利开展提供技术支撑。首先,总结了国内外该领域的研究现状,介绍了地面仿真方法并且分析了各种方法的特点与不足之处;然后介绍了电磁铁技术现状和模型预测控制的发展情况,根据本文设想的工作场景,力矩模拟需要无接触,响应快,提出了基于电磁铁技术的力矩扰动干扰力矩生成装置的设计方案。然后,针对力矩扰动模拟系统的任务需求,确定了整个仿真系统的设计方案,将整个系统分为力矩扰动模拟系统干扰力矩生成器子系统、力矩扰动模拟系统运动跟踪子系统、力矩扰动模拟系统高速通信模块、力矩扰动模拟系统软件四大部分,并针对每个子系统给出了相应的设计与实现方案。并进行了相应指标的分析验证。其次,设计了基于电磁铁技术的非接触式干扰力矩生成器。通过Maxwell软件仿真,验证了所设计...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 地面仿真方法
        1.2.2 电磁铁研究现状
        1.2.3 模型预测控制介绍
        1.2.4 活动载荷对航天器干扰问题研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 力矩扰动模拟系统设计
    2.1 引言
    2.2 力矩扰动模拟系统方案
        2.2.1 力矩扰动模拟系统的任务
        2.2.2 力矩扰动模拟系统方案
    2.3 干扰力矩生成器子系统设计
    2.4 运动跟踪子系统设计
    2.5 数据通信子系统设计
    2.6 力矩扰动模拟系统软件
    2.7 本章小结
第3章 力矩扰动干扰力矩生成器设计
    3.1 引言
    3.2 电磁场基础知识
        3.2.1 磁性材料分类
        3.2.2 电磁铁常用研究方法
        3.2.3 电磁场基本理论
    3.3 干扰力矩生成器有限元分析
        3.3.1 干扰力矩生成器数学模型建立
        3.3.2 干扰力矩生成器有限元分析
    3.4 干扰力矩生成器控制器设计
        3.4.1 干扰力矩生成器控制结构
        3.4.2 干扰力矩生成器控制器仿真
        3.4.3 干扰力矩生成器控制器硬件设计
    3.5 本章小结
第4章 力矩扰动跟踪系统设计
    4.1 引言
    4.2 力矩扰动跟踪系统建模
    4.3 力矩扰动跟踪系统算法方案设计
    4.4 基于卡尔曼滤波算法的力矩扰动测量系统设计
        4.4.1 卡尔曼滤波算法原理分析
        4.4.2 卡尔曼滤波的力矩扰动测量系统设计
        4.4.3 仿真分析
    4.5 基于模型预测算法的力矩扰动跟踪控制系统设计
        4.5.1 模型预测算法原理分析
        4.5.2 模型预测算法的力矩扰动跟踪控制系统设计
        4.5.3 仿真分析
    4.6 本章小结
第5章 干扰力矩测量算法设计
    5.1 引言
    5.2 干扰力矩测量方案设计
    5.3 基于最小二乘法的转动惯量估计算法
        5.3.1 最小二乘法算法设计
        5.3.2 最小二乘法仿真分析
    5.4 基于梯度下降法的转动惯量估计算法
        5.4.1 梯度下降法算法设计
        5.4.2 梯度下降法仿真分析
    5.5 干扰力矩测量实验设计与分析
        5.5.1 干扰力矩实验设计
        5.5.2 干扰力矩仿真分析
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢



本文编号：3818909