應(yīng)用控制力矩陀螺的敏捷衛(wèi)星姿態(tài)跟蹤控制研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號(hào)：V448.2學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號(hào)：629.78密級(jí)：公開工學(xué)碩學(xué)碩士學(xué)士學(xué)位論文位論文應(yīng)用控制力矩陀螺的敏捷衛(wèi)星姿態(tài)跟蹤控制研究碩士研究生：馬玉海導(dǎo)師：耿云海教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：航天工程所在單位：衛(wèi)星技術(shù)研究所答辯日期：2012年7月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要對(duì)于低軌高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，其高精度的光學(xué)載荷視野往往都較小，其工作效能依賴于將視線快速重定向的能力。

2、與驅(qū)動(dòng)載荷光軸擺動(dòng)相比，控制整星重定向更為可靠，精度更高。敏捷衛(wèi)星應(yīng)用于觀測(cè)任務(wù)的核心價(jià)值在于能夠工作于不同的觀測(cè)模式，通過姿態(tài)的快速調(diào)整擴(kuò)大觀測(cè)的范圍。要實(shí)現(xiàn)靈活的工作模式，必須解決與之密切相關(guān)的軌跡規(guī)劃，姿態(tài)確定以及姿態(tài)機(jī)動(dòng)、跟蹤控制問題。為滿足任務(wù)需求，敏捷衛(wèi)星宜采用單框架控制力矩陀螺群作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本文旨在研究敏捷衛(wèi)星姿態(tài)控制中單框架控制力矩陀螺群的奇異性以及衛(wèi)星對(duì)預(yù)設(shè)軌跡的跟蹤問題。首先，對(duì)剛體衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)及常速控制力矩陀螺進(jìn)

3、行了動(dòng)力學(xué)建模，分析了其力矩輸出方式的特點(diǎn)，并在一系列簡化條件下給出了常速控制力矩陀螺群的力矩輸出方程，繼而相對(duì)于系統(tǒng)公共質(zhì)心建立了整星的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程。其次，針對(duì)力矩輸出方程描述了操縱奇異性問題并分析了奇異性的種類，討論了零運(yùn)動(dòng)及其存在條件。在角動(dòng)量空間中對(duì)奇異性進(jìn)行了幾何解釋，并討論了框架構(gòu)型對(duì)奇異性的影響。給出了幾種形式的奇異性度量函數(shù)及其數(shù)值、梯度變化同奇異性的關(guān)系。然后，對(duì)單框架控制力矩陀螺群操縱律的機(jī)理進(jìn)行了分析和對(duì)比，并利

4、用奇異值分解的數(shù)學(xué)方法對(duì)魯棒偽逆類操縱律進(jìn)行了分析，對(duì)其誤差上限進(jìn)行了估計(jì)。介紹了框架角約束操縱律的原理，并針對(duì)屋頂構(gòu)型進(jìn)行了奇異性分析，提出了一種新的操縱律設(shè)計(jì)思路。通過仿真驗(yàn)證對(duì)比了幾種構(gòu)型及操縱律的開環(huán)力矩輸出效果。最后，為實(shí)現(xiàn)敏捷衛(wèi)星的多種觀測(cè)模式，研究了對(duì)于任意已知三維軌跡的姿態(tài)跟蹤控制問題。利用已知的三維軌跡及衛(wèi)星軌道信息，描述了空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)同敏捷衛(wèi)星的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。推導(dǎo)目標(biāo)相對(duì)于星體的姿態(tài)四元數(shù)，繼而求取了偏差姿態(tài)及姿態(tài)角