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时间:2019-03-10
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1、博士学位论文卫星快速姿态机动过程中SGCMG奇异规避方法研究RESEARCHONSGCMGSINGULARITYAVOIDANCEMETHODFORSATELLITERAPIDATTITUDEMANEUVER侯志立哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号:V448.2学校代码:10213国际图书分类号:629.78密级:公开工学博士学位论文卫星快速姿态机动过程中SGCMG奇异规避方法研究博士研究生:侯志立导师:耿云海教授申请学位:工学博士学科:航空宇航科学与技术所
2、在单位:卫星技术研究所201712答辩日期:年月授予学位单位:哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.2U.D.C:629.78DissertationfortheDoctoralDereeinEnineeringggRESEARCHONSGCMGSINGULARITYAVOIDANCEMETHODFORSATELLITERAPIDATTITUDEMANEUVERCandidate:HouZhiliSuervisor.p:ProfGengYunhaiAcade
3、micDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSecialty:AerosaceScienceandTechnoloppgyAffiliation:ResearchCenterofSatelliteTechnologyDateofDefence:December2017,Deree-Conferr-inInstitution:HarbinInstituteofTechnologggy摘要摘要针对低轨成像卫星需要对目标点进行快速捕获与拍照的需求,本文对卫
4、星快速姿态机动过程中SGCMG奇异规避方法进行研究,主要完成以下的内容:为了对SGCMG的奇异问题进行分析,本文首先将平均曲率引入到奇异面类型的判定中,简化了奇异面的判定条件,为后续对奇异面边界的分析提供了理论基础。特别地,对于由四个SGCMG组成的系统,分析并给出了特定角动量轨迹对应的框架角空间解的形式,并以此为依据,将初始框架角所在区域划分为可规避区域和不可规避区域两种,并在后续分别针对这两种情况设计相应的操纵律。对于初始框架角处于可规避区域的情况,以框架角速度的二次型关于时间的积分为指标,应用变分法原理,推导了具有解析表
5、达式的全局奇异规避操纵律一组最优的初始框架。应用该操纵律仅需要根据已知的参考角动量轨迹计算角速度即可,所需计算量很小,解决了以往全局奇异规避操纵律不存在解析解且所需计算量大的问题。针对实际角动量轨迹与参考角动量轨迹不完全相等的一问题,设计了种跟踪参考框架角轨迹的状态反馈操纵律,使得所设计的全局奇异规避操纵律能够应用在实际的姿态控制系统中。当初始框架角处于不可规避区域时,对于特定的角动量轨迹,无法在不引入力矩误差的情况下应用全局奇异规避操纵律。针对该问题,对SGCMG的参考角动量轨迹进行重新规划,确保在不引入力矩误差的情况下规避奇异
6、状态。一首先,提出种基于两次转动的姿态参数,并根据该姿态参数的特性,规划出一条位于锥面上的参考角速度轨迹。通过改变本体系与目标系的定义来改变参考角速度所在锥面的参数,从而拓宽了参考角速度轨迹的选择范围。最后,给出锥面参数的选取方法,以确保SGCMG的角动量轨迹不会遇到奇异状态。然而,并非对于所有处于不可规避区域的初始框架角,都存在能够规避奇一异状态的参考轨迹。针对这种情况,本文设计了种能够快速脱离奇异状态的一操纵律,解决了传统奇异脱离操纵律无法保证脱离速度、甚至无法保证定能够脱离奇异的问题。首先,给出并证明了奇异面的边界条件,;随
7、后对陷入奇异状态后的指令力矩进行修改,确保SGCMG角动量能够快速到达距离最近的边界点,设计了能够在奇异状态附近精确输出指令力矩的操纵律。;最后关键词:单框架控制力矩陀螺;奇异规避;操纵律;姿态机动;姿态轨迹规划-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文AbstractInviewoftherequirementforrapidacquisitionandhotorahintaretointspgpggpfortheloworbitimagingsatellite,thisthesisstudi
8、estheSGCMG
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