雙框架控制力矩陀螺在航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)中的應用.pdf

1、控制力矩陀螺是一類航天器姿態(tài)控制執(zhí)行機構，具有輸出力矩大、控制精度高、不消耗工質等優(yōu)點，被應用于空間站等大型航天器。近年來其應用領域逐步擴展到靈敏小衛(wèi)星與空間機動飛行器等。雙框架控制力矩陀螺作為其中一種，能夠有效降低系統(tǒng)奇異性，有望得到更廣泛應用。 論文主要討論了雙框架控制力矩陀螺的動力學、系統(tǒng)構型以及系統(tǒng)控制律等問題。首先從角動量函數出發(fā)，推導了輸出力矩方程，并討論了系統(tǒng)奇異問題。 以角動量、輸出力矩等參數為指標，對多

2、種構型進行了研究，并得出結論：二正交構型、三正交構型與正交加強構型為系統(tǒng)中陀螺數量為2、3與4時的綜合性能最優(yōu)構型，適用于各類航天器。 介紹了系統(tǒng)控制律的定義與分類，提出一種梯度型偽逆控制律。該控制律利用雅可比矩陣計算框架運動，并沿奇異測度函數梯度方向引入零運動進行奇異回避，具有物理意義明顯、計算簡單、奇異回避好、通用性強等優(yōu)點。針對文章提出的幾種構型，進行了系統(tǒng)仿真，仿真結果表明，該控制律能夠達到系統(tǒng)需求。 最后針對空

3、間機動飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)需求，通過對傳統(tǒng)姿態(tài)控制系統(tǒng)改進并提出一種新型姿態(tài)控制一體化方法。一體化方法通過建立更精確的系統(tǒng)模型，針對非理想的實際系統(tǒng)設計控制算法，并引入模塊間的信息反饋、融合與優(yōu)化，從而提高整個控制系統(tǒng)性能，滿足高機動性飛行器的需求。并對將其推廣至導航制導一體化進行了初步的探討。 論文對于雙框架控制力矩陀螺的動力學、構型、控制律等理論問題進行了研究，并討論了姿態(tài)控制一體化的原理與方法。這些工作對于將雙框架控制力矩