含有不平衡飞轮的卫星精确动力学模型研究

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1、上海航天第30卷2013年第6期AERoSPACESHANGHAI文章编号：1006—1630(2013)06—0001—09含有不平衡飞轮的卫星精确动力学模型研究潘小彤，林晓辉，杨云刚(哈尔滨工业大学卫星技术研究所，黑龙江哈尔滨150080)摘要：针对含不平衡飞轮的卫星动力学模型，给出了不平衡飞轮的转动惯量矩阵。用多刚体建模方法，建立了综合的完整姿态动力学分析模型，提出了质心位置的计算方法。通过飞轮系统的完整精确模型，将飞轮扰动对三轴姿态稳定卫星的影响反映至滚转一俯仰一偏航三轴姿态。Matlab／Simulink环境中仿真验证了该系统角动量为常值。分析了不平衡飞轮对卫星姿态

2、的影响，并解释了模型的应用。研究表明飞轮扰动影响不可忽略，精确的动力学模型对未来航天器的应用有重要意义。关键词：飞轮扰动；动不平衡；静不平衡；姿态偏差中图分类号：V412文献标志码：AResearchofAccurateSatelliteDynamicModelwithImbalanceFlywheelPANXiao—tong，LINXiao—hui，YANGYun—gang(ResearchCenterofSatelliteTechnology，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080，Heilongjiang，China)Abstr

3、act：Therotationalinertiamatrixoftheimbalanceflywheelwasgivenoutinthesatellitedynamicmodelwiththeimbalanceflywheelinthispaper．Thecomprehensiveanalysismodelofthecompleteattitudedynamicswasestablished．Thecalculationmethodofthecentroidpositionwasputforward．Theinfluenceaboutthedisturbancewasturn

4、edonthethree-axisstabilizedsatelliteintotheroll—-pitch—-yaw-axisaltitudethroughtheaccuratemodeloftheflywhee1system．ItwasverifiedthattheangularmomentumwasconservationbythesimulationinMatlab／Simulink．Theinfluenceabouttheimbalanceflywheelontheattitudeofthesatellitewasanalyzedwithanexample，andi

5、twasexplainedhowtOusethemodelinthespecifictask．Thestudywasshowedthattheflywheeldisturbancescouldnotbeignored．Theaccuratedynamicsmodelhadthepracticalsignificanceforthefuturespacecraft．Keywords：Disturbanceofflywheel；Dynamicimbalance；Staticimbalance；Attitudedeviation0引言转动时产生的干扰力和干扰力矩作为星体的外加扰动，

6、此建模方法忽略了飞轮与卫星的整体性，导致原当今高精度航天器的运行环境要求无振动、无摆动。为提高系统精度，振动是不希望出现的干扰源，本角动量守恒的卫星产生了外加干扰力矩，建模方法对光学仪器和天线更是如此口]。随着航天技术的发存在问题。同时文献E43采用姿态小角度假设公式进展，飞轮被越来越多地选作执行机构以满足航天器精行建模仿真，用于在无控条件下的姿态仿真则又存在度要求口]。但由于飞轮制造工艺的误差，飞轮运转过一定缺陷。为此，本文从多刚体建模人手，对含不平程中不可避免会产生扰动，扰动的存在将降低敏感器衡飞轮的卫星姿态建模进行了研究。件的性能_1]。因此，分析飞轮的扰动模型对提高航

7、天器控制精度有重要意义。注意到，飞轮产生的干扰作1不平衡飞轮基本理论为内干扰不影响卫星角动量，但文献[3、4]仅将飞轮1．1动、静不平衡模型飞轮质量分布的不均匀导致了动不平衡和静不收稿日期：201I-10—16；修回日期：2011-1卜16作者简介：潘小彤(1989一)，男，硕士生，主要研究方向为飞行器平衡两种不平衡特性。总体设计。飞轮不平衡模型如图1所示。图中：坐标系表上海航天AERoSPACESHANGHAI第3O卷2013年第6期示飞轮形心坐标系，其原点在飞轮几何中心，z轴与转轴重合，．27、轴在