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文檔簡介
1、本文以微小航天器的姿態(tài)控制系統(tǒng)研究為背景,以一種新型航天器姿態(tài)控制元件——陀螺飛輪為研究對象,建立了陀螺飛輪的數(shù)學模型和仿真模型,分析了常見機械因素對陀螺飛輪性能的影響,設計了陀螺飛輪系統(tǒng)控制器,并分析控制器的控制效果。
首先,在分析陀螺飛輪機械組成結(jié)構(gòu)和運行原理的基礎上,得到了陀螺飛輪轉(zhuǎn)子的受力情況,根據(jù)歐拉動力學方程,推導得到陀螺飛輪系統(tǒng)的動力學方程。歐拉動力學方程中的各力矩項均來自于理論分析,其物理意義清晰。根據(jù)所建立的
2、動力學模型,計算陀螺飛輪的階躍響應,使用FFT分析響應結(jié)果,得出陀螺飛輪進動特性的特點。利用SimMechanics構(gòu)建陀螺飛輪的機械仿真模型,相互驗證動力學模型與機械仿真模型,以證明由歐拉動力學方程推導出的數(shù)學模型在傾側(cè)角為0°~7°時,能夠反映陀螺飛輪的特性。
然后,分析了陀螺飛輪系統(tǒng)實現(xiàn)中常見機械因素對于陀螺飛輪動力學特性的影響。通過公式推導,得出了驅(qū)動軸與內(nèi)撓性軸之間不垂直不影響陀螺飛輪進動特性的結(jié)論。通過公式推導,得
3、出的內(nèi)外撓性軸之間不垂直不影響陀螺飛輪進動特性的結(jié)論。分析了兩撓性軸抗扭剛度不相等對陀螺飛輪的影響,通過相關系數(shù)的概念,得出章動分量幅值和二倍頻幅值與剩余剛度呈正比的結(jié)論。分析了陀螺飛輪轉(zhuǎn)子靜不平衡量和動不平衡量的來源及影響,得出靜不平衡量在地面條件下響應的計算公式,得出靜不平衡量和動不平衡量引入轉(zhuǎn)速頻率干擾的結(jié)論。
最后,分析了進動控制不適于工程采用的原因,研究了兩種適于工程采用的陀螺飛輪解耦控制方案,綜合各項指標選擇零極點
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