空间站力矩平衡姿态和动量平衡姿态的研究

研究了空间站的力矩平衡姿态(TEA)及动量平衡姿态(MEA)的求解方法。首先定义了瞬时TEA、平均TEA和MEA的概念并建立了环境力矩在本体系下的数学模型;其次用迭代法确定出瞬时TEA,进一步通过求解非线性方程组计算平均TEA,仿真表明在一个轨道周期中空间站保持在平均TEA时所受外力矩的平均值远小于保持在零姿态的情况;最后提出求解MEA的方法,仿真表明空间站保持在MEA的动量积累及其峰值远小于保持在零姿态的情况。

空间站力矩平衡姿态稳定性研究

力矩平衡姿态的稳定性是空间站姿态TEA定向控制研究的重要问题。采用Lyapunov理论中求解导算子特征值的方法判断TEA的稳定性,基于线性化的姿态动力学方程采用基于稳定度设计的LQR方法设计空间站的姿态控制器,通过仿真验证了:(1)TEA作为平衡姿态的优点;(2)用导算子的特征值判断TEA姿态稳定性的方法的有效性。

带极点配置的LQR算法在空间站力矩平衡姿态控制中的应用

在进行空间站力矩平衡姿态(TEA)控制设计时,需要将姿态动力学、动量管理与干扰抑制滤波器相结合形成系统模型,以抑制外部干扰对姿态的影响.带有区域配置的改进LQR算法用于线性化的系统模型,能够使得系统闭环极点落入期望的扇形区域,区域分别由给定整数定义张角、正数定义稳定阈,建立的代数Riccati方程组可采用两步法进行迭代求解,自动生成所需要的状态权矩阵,并得到系统的反馈增益,完成闭环极点的区域配置.该算法用于对空间站姿态控制及动量管理的控制系统,结果表明系统稳态及动态特性能够达到预期目标.

空间站平均力矩平衡姿态的气动力矩影响

为了研究空间站平均力矩平衡姿态的影响因素,建立了空间站的姿态运动模型,分析了气动力矩对空间站平均力矩平衡姿态的影响。建立了空间站的动力学与控制模型,采用典型的比例微分控制器,分别得出了两种条件下的24组平均力矩平衡姿态(Average Torque Equilibrium Attitude,ATEA),结果表明气动力矩对ATEA的影响显著。为了保持空间站ATEA,需要提供周期性的控制力矩。气动力矩引起的空间站角动量卸载和积累效应不能被忽视。

基于微元划分方法的空间站力矩平衡姿态计算

针对空间站构型的复杂性问题,建立了一种高效的姿态动力学数值分析方法。在建立飞行器姿态运动的刚体动力学模型和重力梯度力矩模型的基础上,对空间站构型进行有限微元划分,将其构型转化为微元集合用于进行气动力矩计算。基于该数值分析方法,提出了空间站力矩平衡姿态的动力学计算方法,从而避免全姿态遍历的大规模计算。仿真结果表明,微元划分方法能够有效的计算出复杂构型空间飞行器在任意姿态下的气动力矩影响,所提出的力矩平衡姿态计算方法能够快速收敛并得到稳态解。

质量不平衡力矩对导引头伺服机构性能影响分析

摩擦力矩、导线干扰力矩和质量不平衡力矩等各种非线性因素会对导引头的性能产生严重影响,国内外学者对导引头摩擦力矩和导线干扰力矩做了大量分析,而对质量不平衡力矩研究甚少。为了研究导引头伺服机构质量不平衡力矩的传递机理及其对平台速度稳定性能的影响,以两框架导引头伺服机构为对象,利用欧拉角坐标变换方法和刚体绕动点转动的动量矩定理建立了完整的运动学和动力学模型。在此基础上,针对某导引头样机,首先分析了框架转动中心与导弹质心距离以及框架质心偏心距离对质量不平衡力矩的影响;然后分析了质量不平衡力矩对平台稳定回路性能的影响。结果表明:当框架转动中心与导弹质心距离和框架质心偏心距离较大时,质量不平衡力矩会严重影响平台的稳定性能,设计时必须重点考虑。

基于稳定度设计的空间站姿态TEA稳定LQR控制器

TEA姿态求解和控制器设计是空间站姿态研究的重要问题。将TEA求解转化为非线性方程组求解,推导了准确的TEA附近线性化的空间站姿态动力学方程,采用LQR的稳定度设计进行空间站的TEA稳定控制器设计。研究表明:采用非线性方程组迭代法求解TEA其求解过程更简单、结果更准确;基于稳定度设计的LQR控制器使系统的闭环极点按要求远离虚轴,因此控制器的稳定性更好。

利用变速控制力矩陀螺的航天器集成能量与姿态控制

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。

空间站姿态控制/动量管理一体化控制研究综述

综述了空间站的姿态控制/动量管理一体化控制的研究进展。阐述了姿态控制/动量管理控制问题的本质和2种常用的线性化模型。总结了姿态控制/动量管理控制器的发展历程,重点介绍了LQR控制器、反馈线性化控制器、自适应控制器和数字控制器的特点和应用。对将来的发展方向作了初步展望。

采用DGCMG的空间站扰动辨识动量管理

研究长期在轨空间站的动量管理问题。针对动量管理过程中力矩平衡姿态的求解与稳定性进行分析,应用李亚普诺夫方法,给出一种考虑常值姿态干扰的动量管理控制方法,使用双框架控制力矩陀螺作为姿态控制执行机构,进行动量管理控制仿真。仿真结果表明该方法控制准确、收敛快速,可以作为空间站姿态控制的工程参考。

三轴气浮台桌面式平台与伞形平台性能比较

为了比较桌面式平台与伞形平台性能上的优劣,根据航天器动力学理论推导出三轴气浮台平台任意姿态下的不平衡力矩计算公式.将平台视为柔性体,基于运动弹性动力学方法推导出在气浮台姿态改变时平台自重变形导致的质心偏移量,并利用公式计算出桌面式平台和伞形平台在各种结构参数和载荷下的不平衡力矩,比较了桌面式平台和伞形平台的平衡敏感性和载荷适应性.计算结果表明,桌面式平台结构与伞形平台结构相比,在同一平衡点处结构各参数误差对平衡敏感性的影响小,桌面式平台比伞形平台载荷适应性好,在调整中更容易达到平衡.

基于参数辨识的大型航天器自适应角动量管理

航天器姿态控制/角动量管理(ACMM)通过调整航天器姿态使引起控制力矩陀螺(CMG)角动量积累的扰动力矩相互抵消,从而有效减小用于CMG卸载的燃料消耗.设计的基于在线参数辨识的自适应ACMM控制器由在线参数辨识回路和反馈线性化回路构成.反馈线性化回路通过状态变换以及相应的输入变换,将原ACMM系统精确等价为一线性系统,通过线性控制器的设计得到适用于原系统的非线性控制律.在线辨识回路利用闭环控制信息对航天器质量特性进行辨识,弥补了反馈线性化对系统模型参数敏感的不足.以空间站组合体舱段转移任务为例进行的数学仿真显示,控制器在力矩平衡姿态(TEA)远离对地定向姿态时具有良好控制性能.

大力矩飞轮动不平衡及扰动力矩控制技术

在飞轮原有螺纹连接设计的基础上,利用飞轮轮体热胀冷缩原理,增加了胶接的连接方式。研制的飞轮经受了振动试验以及高低温试验的冷热循环交替的考核,实现了对飞轮动不平衡的有效控制,卫星整星姿态角速率偏差从1.04×10^(-4)°/s降低至4.8×10^(-6)°/s;经过微振动测试,飞轮最大扰动力、扰动力矩分别降低了44%、45.76%,有效缓解卫星姿态扰动响应,降低大力矩飞轮对整星姿态角速率偏差影响,已交付用户使用。

菜鸟看模型

模型在飞行过程中,要保持稳定的滑翔姿态,不仅受力要达到平衡,所受力矩也必须平衡。对新手来说,若无法使模型在飞行中保持力矩平衡,很容易导致波状飞行、俯冲甚至迫降的情况。为此,小M找到大F,请他介绍模型力矩平衡的基础知识和调整技巧。

全对称矢量推进飞行器

一、飞行原理 1直升机模态飞行原理全对称矢量推进飞行器验证机采用了4台电动机，及一对正桨和一对反桨作为动力组，产生直升机模态下的飞行升力。通过调节4台发动机的转速，来得到平衡力矩，以控制飞行姿态。横滚控制是通过调节左右两台发动机转速，使其产生转速差.