航空学报 > 2007, Vol. 28 Issue (3): 647-653

利用变速控制力矩陀螺的航天器集成能量与姿态控制

贾英宏,徐世杰   

  1. 北京航空航天大学 504教研室
  • 收稿日期:2006-03-27 修回日期:2007-01-19 出版日期:2007-05-10 发布日期:2007-05-10
  • 通讯作者: 贾英宏

Integrated Power and Attitude Control of Spacecraft using Variable Speed Control Moment Gyros

JIA Ying-hong,XU Shi-jie   

  1. Faculty 504, Beijing University of Aeronautics and Astronautics
  • Received:2006-03-27 Revised:2007-01-19 Online:2007-05-10 Published:2007-05-10
  • Contact: JIA Yinghong

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。

关键词: 集成能量与姿态控制, 姿态跟踪, 变速控制力矩陀螺, 能量存储, 构型奇异, 轮速平衡

Abstract:

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.

Key words: integrated , power , and , attitude , control,  , attitude , tracking,  , variable , speed , control , moment , gyro,  , energy , storage,  , configuration , singularity,  , wheel , speed , equalization

中图分类号: