應用控制力矩陀螺的敏捷衛(wèi)星姿態(tài)機動控制研究.pdf

1、隨著高精度對地光學遙感、觀測衛(wèi)星在科研、商業(yè)及軍事等方面廣泛的應用，要求衛(wèi)星具有靈活的成像模式、較強的機動性能及敏捷性、高精度高穩(wěn)定度的姿態(tài)控制能力，傳統(tǒng)的角動量交換執(zhí)行機構(如飛輪)和不能精確輸出連續(xù)力矩的噴氣式推力器難以滿足上述需求，復雜的控制算法也不利于實現(xiàn)姿態(tài)機動的快速性。單框架控制力矩陀螺以其簡單可靠的物理結構、極大的力矩放大能力，成為敏捷衛(wèi)星理想的執(zhí)行機構，但其固有的奇異問題對其應用造成了一定影響。因此，本文對應用控制力矩陀

2、螺的敏捷衛(wèi)星姿態(tài)機動控制問題進行了較為深入的研究，主要研究內容如下：
　　首先，為便于后續(xù)研究和設計，詳細地闡明了控制力矩陀螺工作原理、常見構型并建立了其數(shù)學模型。定義了所需的坐標系，總結了歐拉角和四元數(shù)等姿態(tài)描述參數(shù)的特點以及換算關系，并建立了應用控制力矩陀螺的剛體衛(wèi)星姿態(tài)運動學和姿態(tài)動力學模型。
　　其次，在結合物理意義及數(shù)學模型角度詳細地分析了控制力矩陀螺奇異原理、奇異類型的基礎上，分析對比了多種典型構型的構型指標，確

3、定了本文選用的控制力矩陀螺構型，即以金字塔構型完成對操縱律的分析和設計，以五棱錐構型完成姿態(tài)機動控制算法的仿真。針對上述兩種構型，基于數(shù)值法詳細地繪制了各類奇異面(尤其是顯奇異)及奇異剖面?；谧顑?yōu)思想，提出了一種新的設計思路，得到新的具有一般性的操縱律形式，可以衍生出多種實用的操縱律，給實際工程中不同操縱律的混合應用帶來極大便利。
　　最后，為了便于描述敏捷衛(wèi)星沿不同矢量的姿態(tài)機動角速度及角加速度約束，定義了一種新型范數(shù)。基于該