一種雙體衛(wèi)星的動力學建模與控制研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在許多衛(wèi)星項目中,衛(wèi)星的高精度指向、高穩(wěn)定度是至關重要的,例如:高精度高分辨率對地觀測、激光通信衛(wèi)星等。由于衛(wèi)星上的活動部件和結構形變等因素產(chǎn)生的微振動會降低衛(wèi)星載荷的指向精度和穩(wěn)定度,因此需要進行隔振。本文采用一種雙體衛(wèi)星結構將衛(wèi)星載荷與振源從物理結構上進行完全的隔離,從而可以保證載荷的姿態(tài)指向精度和姿態(tài)穩(wěn)定度。
  本文的主要工作分為三大部分,首先是通過介紹衛(wèi)星隔振技術的發(fā)展概況了解當前該領域中所遇到的困難與挑戰(zhàn),從而引出為進

2、一步提高隔振性能而提出的雙體衛(wèi)星概念,并對其目前的發(fā)展做了一定的介紹。其次是對本文所采用的一種雙體衛(wèi)星結構進行相關的研究,建立其運動學與動力學模型。最后,對雙體衛(wèi)星進行控制系統(tǒng)的設計,給出相應的控制器PID參數(shù),通過在Matlab/Simulink下對雙體衛(wèi)星控制系統(tǒng)進行仿真,驗證雙體衛(wèi)星的姿態(tài)指向特性以及隔振特性。
  雙體衛(wèi)星從結構上分為載荷平臺與衛(wèi)星主體結構兩部分,它們通過8個力執(zhí)行器產(chǎn)生的磁浮力場進行動力學上的固聯(lián)從而使彼

3、此之間不相互接觸。控制方式采用載荷為主,平臺為輔的協(xié)同控制策略。雙體衛(wèi)星的動力學模型分為載荷平臺動力學模型,主體結構動力學模型以及相對位置結構動力學模型。在對雙體衛(wèi)星進行控制系統(tǒng)設計時,主要需要解決三個問題。第一個問題是考慮如何將8個力執(zhí)行器合理的分布在載荷平臺與主體衛(wèi)星結構之間。本文從幾何結構上考慮,以最大限度降低力執(zhí)行器間的靜態(tài)耦合為原則,給出了分配方案。第二個問題是指如何分配確定每個力執(zhí)行器的輸出控制力,即控制力的分配問題。本文根

4、據(jù)相對姿態(tài)與相對位置模型推導出8個相對測量距離與相對姿態(tài)和相對位置的關系,從而得出相對姿態(tài)矩陣和相對位置矩陣,解決了控制力的分配問題。第三個問題是如何解決相對位置控制系統(tǒng)與載荷平臺姿態(tài)控制系統(tǒng)之間的耦合性。本文通過采用將力場分解為凈力場和凈力矩場的方法,消除了控制子系統(tǒng)間的耦合性。通過解決這三個問題,本文得出了雙體衛(wèi)星的三軸解耦控制系統(tǒng)模型,它可以分解為載荷平臺姿態(tài)控制系統(tǒng),衛(wèi)星主體結構姿態(tài)控制系統(tǒng)以及相對位置控制系統(tǒng)。最后通過對每個子

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