應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：V448.2學校代碼：10213國際圖書分類號：629.78密級：公開工學碩學碩士學士學位論文位論文應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：馬玉海導師：耿云海教授申請學位：工學碩士學科：航天工程所在單位：衛(wèi)星技術(shù)研究所答辯日期：2012年7月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文I摘要對于低軌高分辨率對地觀測衛(wèi)星，其高精度的光學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)動載荷光軸擺動相比，控制整星重定向更為可靠，精度更高。敏捷衛(wèi)星應用于觀測任務的核心價值在于能夠工作于不同的觀測模式，通過姿態(tài)的快速調(diào)整擴大觀測的范圍。要實現(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)機動、跟蹤控制問題。為滿足任務需求，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)星對預設軌跡的跟蹤問題。首先，對剛體衛(wèi)星姿態(tài)運動及常速控制力矩陀螺進

3、行了動力學建模，分析了其力矩輸出方式的特點，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，繼而相對于系統(tǒng)公共質(zhì)心建立了整星的姿態(tài)動力學方程。其次，針對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，討論了零運動及其存在條件。在角動量空間中對奇異性進行了幾何解釋，并討論了框架構(gòu)型對奇異性的影響。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，對單框架控制力矩陀螺群操縱律的機理進行了分析和對比，并利

4、用奇異值分解的數(shù)學方法對魯棒偽逆類操縱律進行了分析，對其誤差上限進行了估計。介紹了框架角約束操縱律的原理，并針對屋頂構(gòu)型進行了奇異性分析，提出了一種新的操縱律設計思路。通過仿真驗證對比了幾種構(gòu)型及操縱律的開環(huán)力矩輸出效果。最后，為實現(xiàn)敏捷衛(wèi)星的多種觀測模式，研究了對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，描述了空間運動目標同敏捷衛(wèi)星的相對運動關(guān)系。推導目標相對于星體的姿態(tài)四元數(shù)，繼而求取了偏差姿態(tài)及姿態(tài)角