文档介绍：硕士学位论文
基于控制力矩陀螺的侦察卫星快速姿态机动控制
研究
RESEARCH ON FAST ATTITUDE MANEUVER OF
RECONNAISSANCE SATELLITES BASED ON CONTROL
MOMENT GYROS
孙向宇
哈尔滨工业大学
2012 年 7 月
国内图书分类号:
国际图书分类号:
工学硕士学位论文
基于控制力矩陀螺的侦察卫星快速姿态机
动控制研究
硕士研究生:孙向宇
导师:李顺利教授
申请学位:工学硕士
学科、专业:飞行器设计
所在单位:航天工程系
答辩日期:2012 年 7 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH ON FAST ATTITUDE MANEUVER
OF RECONNAISSANCE SATELLITES BASED ON
CONTROL MOMENT GYROS
Candidate: Sun Xiangyu
Supervisor: Prof. Li Shunli
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Spacecraft Design
Affiliation: Dept. of Astronautic Engineering
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
本文以大型甚高分辨率侦察卫星为研究对象,考虑其它执行机构在输出力
矩和使用寿命的局限性,设计了以控制力矩陀螺为主要执行机构的控制方案,
旨在使大型侦察卫星实现快速、稳定、长寿命的机动控制。
本文以拉格朗日方法建立了带有控制力矩陀螺的侦察卫星模型。对于严重
影响控制力矩陀螺工作的奇异问题进行探究,分析模拟了常见的几种操纵律,
给出它们实际克服奇异的效果。
综合考虑本文研究的需要,采用基于鲁棒逆操纵律作为基本规避奇异方法,
同时提出了一种基于变速控制力矩陀螺的多模式切换控制算法。在有效合理避
免陀螺输出力矩饱和奇异的前提下,保证陀螺可变速转子能量、转速都能在某
稳定状态平衡,从而使得整个框架构型包络合理,便于精确输出力矩从而实现
卫星快速姿态机动控制。
传统的控制器具有容易实现、工作稳定等优点,但对于大型侦察卫星要实
现快速机动,一般控制器能力很局限。本文根据滑模变结构控制理论,结合大
型侦察卫星模型,设计滑模变结构控制器对姿态偏差进行控制,进一步提高姿
态机动速度。为了减少太阳翼的振动对机动过程的影响,本文采用分布式压电
元件作为作动器,根据振动方程设计了应变速率反馈式振动主动抑制控制器。
整个控制系统通过仿真验证,结果表明这套控制方案可满足大型侦察卫星快速
姿态机动需要。
关键词:侦察卫星;控制力矩陀螺;多模式切换;滑模变结构控制器;快速姿
态机动
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The article chooses the large and very high-resolution reconnaissance satellites
for study. We choose the control moment gyroscope control scheme as the main
implementing agency considering the limit of the other implementing agencies in
the output torque and service life, with the purpose of large-scale reconnaissance