采用DGCMG的敏捷卫星姿态/角动量联合控制

研究了采用双框架控制力矩陀螺(Double Gimbaled Control Momentum Gyroscope,DGCMG)的敏捷卫星姿态/角动量联合控制问题,针对DGCMG的饱和奇异问题,提出了基于Lyapunov的姿态/角动量联合控制方法。首先,建立了采用两个平行构型DGCMG的卫星姿态动力学模型,然后根据陀螺的力矩方程,通过可视化分析得出该构型只有内部隐奇异和饱和奇异两类奇异。隐奇异可以通过操纵律进行避免,而饱和奇异只能通过卸载方式来解决。为了避免采用推力器或磁力矩器等卸载方式带来的问题,设计了连续管理角动量的姿态/角动量联合控制器。此外,为了缩短系统的稳定时间,采用Sigmoid函数对控制器的参数选取进行了改进。该控制器完成敏捷卫星快速机动快速稳定任务的同时,还能连续调节角动量,达到姿态控制和角动量管理的折中。数值仿真结果验证了控制器的有效性。

基于改进遗传算法的敏捷卫星姿态路径规划

针对基于双框架控制力矩陀螺(DGCMG)的敏捷卫星姿态快速机动控制问题,提出一种改进的遗传算法进行基于DGCMG的敏捷卫星的姿态路径规划。根据敏捷卫星姿态机动的特点,采用启发式方法生成初始种群,从而提高算法的搜索效率;同时,以DGCMG消耗的能量作为适应度函数,保证DGCMG远离奇异状态;并对星体角速度及其角加速度提出平滑变异算子以保证卫星的星体角速度和指令力矩平滑。仿真结果表明:在控制输入有界、执行机构饱和、奇异测度约束和星体角速度限制等多种约束下,改进的遗传算法能够规划出满足机动能力指标且能量较优的有效路径。

双框架控制力矩陀螺伪逆控制律设计及仿真

提出了一种用于双框架控制力矩陀螺的梯度型伪逆控制律,介绍了控制律的原理与计算方法.该控制律利用系统雅可比阵的伪逆来求解框架运动,并沿奇异测度函数的梯度方向引入零运动,进行奇异回避.针对常用的三正交构型,进行了仿真.仿真过程中,框架运动平滑、系统未进入奇异、输出力矩正确.仿真结果表明,梯度型奇异回避伪逆控制律具有物理意义明显、计算简单、奇异回避效果好等优点,能够在航天器中得到实际实用.

基于双框架控制力矩陀螺的空间飞行器非线性姿态控制

推导出了双框架控制力矩陀螺系统操纵空间飞行器姿态机动的精确数学模型,并在此基础上基于Lyapunov第二法设计了空间飞行器大角度姿态机动非线性控制律,在设计的同时证明了系统的稳定性。设计了双框架陀螺系统奇异鲁棒+零运动操纵律。给出了双框架控制力矩陀螺系统奇异性定理,对三个双框架陀螺垂直安装及四个双框架陀螺平行安装两种构形方式进行了奇异性分析。分析和仿真验证了三个双框架陀螺垂直安装构形下系统跟踪常值力矩指令和大角度姿态机动的能力。

基于PCIE总线的双框架控制力矩陀螺控制器串行/并行自动测试系统设计与实现

为解决当前双框架控制力矩陀螺(DGCMG)控制器的自动测试设备不能对多组被测产品并行测试的问题和在串行测试中出现冗余测试的问题,采用PCIE总线技术和多线程技术,研发了基于PCIE总线的DGCMG控制器串行/并行自动测试系统。该自动测试系统可同时对四台DGCMG控制器进行并行测试或可定义测试内容的串行测试。测试结果表明,该自动测试系统解决了传统自动测试方法效率低、灵活性差的问题,且具有精度高,稳定性好的特点。