航天器反作用轮扰动建模分析

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着以哈勃空间望远镜、新一代空间望远镜为代表的新一代航天器不断升空，标志着未来航天器不断向着高指向精度、高稳定度、大型柔性结构方向发展，这一趋势必将对航天器姿态控制系统提出更高的要求，其中反作用轮系统是航天器上最主要的扰动源之一。本文首先系统地总结了国内外反作用轮方面的研究工作，详细介绍了引起反作用轮扰动的原因及其对航天器产生的影响。然后根据反作用轮扰动的谐波特性，基于反作用轮扰动力(力矩)与其转速平方成比例的假设，利用参数辨识的方法建立了反作用轮扰动的实验模型。由于采用传统的振幅谱法计算幅值系数时，误差较大，为此本文采用了能量补偿法，使幅值系数的辨识精度大

2、大提高。实验模型反映了反作用轮的谐波扰动，但没有反映出反作用轮的结构模态与谐波之间的相互影响。本文基于非平衡旋转飞轮的物理特性，利用拉格朗日动力学原理，建立了反作用轮扰动的解析动力学模型。解析模型既反映了反作用轮的柔性模态，同时也反映了反作用轮的基波特性。本文综合实验模型贴近工作环境的特点和解析模型符合动力学特性的特点，给出了解析扩展模型。将实验模型中的高次谐波引入到了解析模型中，建立了反作用轮扰动的解析扩展模型，该模型既反映了反作用轮的谐波特性，同时也反映了反作用轮的结构模态，从而更准确地反映了反作用轮的扰动特性。最后给出了解析扩展模型的解析解方程，并就如何辨识模型中参数进行了初步的探讨。

3、关键词反作用轮;实验模型;能量补偿法;解析扩展模型哈尔滨工业大学工学硕t学位论文AbstractWiththelaunchofnext-generationspacecrafts,suchasHubbleSpaceTeles-copeandNext-GenerationSpaceTelescope,itindicatesthatthefuturespacecraftisdevelopinginthedirectionofhighpointingaccuracy,highstabilityaccuracyandlargeflexible,deployedstructures.Suchtasks

4、requirethatattitudecontrolsystemhavehigherperformances.ReactionWheelAssemblyisoneofthemaindisturbancesourcesonthespacecraft.Firstly,thisthesissummarizestheresearchonReactionWheelAssemblyathomeandabroad,detailsdisturbancesourcesthatresultindisturbancesonReactionWheelAssemblyandeffectsonspacecrafts.T

5、henintermsoftheharmoniccharacteristicsofthewheeldisturbance,itassumesthatthedisturbanceforce(torque)isproportionaltothewheelspeedsquared.Basedontheassumption,empiricalmodeliscreatedwiththeparameteridentificationmethod.Becauseofthefaultsofthetraditionalamplitudemethod,theerrorofcomputingamplitudecoe

6、fficientsisunacceptable.Sothisthesisadoptsenergycompensationmethod,whichimprovestheidentificationaccuracy.Empiricalmodelreflectstheharmonicdisturbancesofthewheel,butdoesnotincludeinteractionsbetweentheharmoniesandthestructuralmodesofthewheel.Next,basedonthephysicalcharacteristicsofimbalancedwheel,a

7、nalyticaldynamicsmodeliscreatedwithLagrangemethod.Themodelreflectsthestructuralmodesofthewheelandtheeffectsofthefundamentalharmonic.Combiningthefeaturesofbothempiricalmodelandanalyticalmodel,analyticalexten