采用混合执行机构的卫星快速机动技术研究.pdf

《采用混合执行机构的卫星快速机动技术研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第30卷2013年第1期文章编号：1006—1630(2013)01—0008—06采用混合执行机构的卫星快速机动技术研究耿淼，卢山，夏永江(上海航天控制工程研究所，上海200233)摘要：研究了一种采用混合执行机构的姿态单轴快速机动的控制方法。设计了由平行构型单框架控制力矩陀螺(SGCMG)和飞轮组成的混合执行机构配置方案。综合姿态机动规划，设计了前馈和反馈相结合的姿态机动控制律，并通过执行机构动力学分析给出了操纵律。仿真结果表明：采用平行构型sGcMGs和飞轮的混合执行机构模式，可实现姿态三轴高精度稳定控制和侧摆快速机动的任

2、务要求。关键词：单框架控制力矩陀螺；姿态机动；飞轮；混合执行机构；奇异；操纵律中图分类号：V448．2文献标志码：AFastManeuverofSatelliteByMixedControlMomentGyroandMomentumWheelGENGMiao，LUShan，XIAYong．jiang(ShanghaiAerospaceControlEngineeringInstitute，Shanghai200233，China)Abstract：Anapproachforfastmonaxialmaneuverusingmixedactuatorsforsatelli

3、te’sattitudecontrolwasstudiedinthispaper．AconfigurationschemeofmixedactuatorswasdesignedwhichwascomposedofparallelmountedSGCMGandmomentumwheel．Acontrollawintegratingfeed—forwardandfeedbackwasdesignedforattitudemaneuverbasedontheattitudemaneuverpathplanning．Thesteeringlawwasdesignedaccord

4、ingthekineticanalysisofactuators．Thesimulationresultsshowedthatthemixedactuatorscontrolstrategycouldsatisfytherequirementoftriaxialstablecontrolwithhighprecisionandfastskewmaneuver．Keywords：SGCMG；Attitudemaneuver；Wheel；Mixedactuators；Singular；Controllaw0引言侧摆机动能力是对地观测类卫星的一项重要指标，通过星体的侧摆，可扩

5、大卫星对地观测的范围，并能跟踪地面机动目标，具有很高的实际应用价值。反作用飞轮(RW)和推力器是星上常用的两种姿态控制执行机构。飞轮能产生精确连续的力矩，但力矩较小，不适于快速姿态机动，常用于中小型卫星的高精度三轴对地稳定控制[1]。推力器可实现姿态的快速机动，但需消耗燃料，不适于执行需多次机动观测的任务，并且采用推力器的姿态控制精度较低，影响对地观测的效果[2]。单框架控制力矩陀螺(SGCMG)是一种有效的动量交换装置，在同等重量下能提供较飞轮更大的收稿日期：201009—27；修回日期：2010-10—25作者简介：耿森(1987一)，男，硕士，主要研究方向为航天器

6、姿态控制。控制力矩，可为侧摆机动提供要求的控制力矩。用控制力矩陀螺替代推力器实现卫星的侧摆机动，还能节省大量燃料，特别适于要求频繁侧摆机动的任务，可显著延长卫星的在轨寿命。但多个SGCMG构成的陀螺群会存在构型奇异，导致操纵律的设计困难[3]。文献E43提出用飞轮和SGCMG组成混合执行机构，当SGCMGs出现奇异时，由飞轮提供奇异方向的控制力矩。文献[5、6]提出在姿态机动过程中，由SGCMG进行开环控制，由飞轮对姿态精确调整。但这些混合执行机构的配置方案需要的SGcMG和飞轮的个数较多，如文献[43至少需要4个SGCMGs和4个飞轮才能保证控制系统具备一定冗余度，这

7、势必会造成整个GNC分系统质量、体积、功耗较大，不适宜在中小型卫星上使用，且文献[5、6]的SGCMGs仅起类似推力器的作用，未充分发挥SGCMGs的功能。针对对地观测卫星常见的单轴侧摆机动任务，第30卷2013年第1期耿森，等：采用混合执行机构的卫星快速机动技术研究本文对采用平行构型的SGCMG和飞轮的混合执行机构控制方案进行了研究。1动力学模型不考虑航天器的柔性特征，姿态控制系统的主执行机构是动量交换装置，则星体相对其体坐标系原点的动量矩为H—J∞+>：h：一h。+h．(1)i=l式中：∞为星体相对惯性空间的角速度；J为包括星体与执行