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利用变速控制力矩陀螺的航天器集成能量与姿态控制
  • ISSN号:1000-6893
  • 期刊名称:《航空学报》
  • 时间:0
  • 分类:V448.22[航空宇航科学与技术—飞行器设计;航空宇航科学技术]
  • 作者机构:[1]北京航空航天大学504教研室,北京100083
  • 相关基金:国家自然科学基金(10372011)
中文摘要:

利用变速控制力矩陀螺(VSCMG)的航天器姿态与能量一体化控制问题。针对以VSCMG为姿态控制执行机构的刚体航天器设计了全局渐近稳定的姿态跟踪控制律。将VSCMG的框架角速度和转子角加速度作为控制输入向量设计操纵律。利用加权的最小范数解得到VSCMG的姿态控制输入向量,并用与之正交的控制输入向量来以给定的功率存储/释放能量。提出了同时表征力矩陀螺模式构型奇异和转子轮速平衡的混合指标函数。对控制自由度有冗余的系统,在混合指标函数的基础上利用梯度法构建了VSCMG的空转运动,以回避力矩陀螺模式的构型奇异,并同时减小转子转速差过大引起的转速饱和以及VSCMG零奇异的可能性。利用反馈转子动能的方法规划日照期间的储能功率,以维持系统长时间工作的能量平衡。基于某太阳同步轨道卫星的数值仿真结果验证了系统的有效性。

英文摘要:

This paper studies the integrated power and attitude control of a spacecraft using variable speed control moment gyros (VSCMG). A globally asymptotically stable control law for attitude tracking is designed for a rigid body spacecraft with VSCMG as attitude control actuator. The angular velocities of gimbals and the angular accelerations of rotors are treated as a control input vector in the steering law design. A weighting minimum norm solution is applied to determine the attitude control vector of the VSCMG, while an input vector which is orthogonal to the attitude control vector is used to store/release energy based on given power. A hybrid cost function symbolizing both CMG singularity and wheel speed equalization is constructed. For a redun dant system, the null motion of the VSCMG is designed using the gradient method based on the hybrid cost function. The null motion is employed to avoid the singularity in CMG mode, as well as to reduce the possibility of rotor speed saturation and VSCMG zero singularity due to large differences among the rotor spin rates. The energy storage power during sunlight is programmed using kinetic energy feedback to keep long-term ener gy balance. Numerical simulation results based on a sun synchronous satellite demonstrate the validity of the system.

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期刊信息
  • 《航空学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国航空学会
  • 主编:孙晓峰
  • 地址:北京海淀区学院路37号
  • 邮编:100083
  • 邮箱:hkxb@buaa.edu.cn
  • 电话:010-82317058 82318016
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6893
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1929/V
  • 邮发代号:82-148
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,美国应用力学评论,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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