敏捷小卫星姿态机动切换算法

以刚体小卫星作为研究对象,提出了一种切换控制算法对小卫星机动进行控制,并对控制力矩陀螺的力矩进行合理调节以避免饱和奇异。描述了敏捷小卫星模型,介绍了单框架控制力矩陀螺(SGCMG)的框架组成,讨论了小卫星切换控制并法。利用添加零运动的伪逆操纵律对单框架控制力矩陀螺系统进行操控,仿真结果指出,小卫星俯仰轴在14 s内机动45°,平均速度可达3.2°/s。结果表明这种切换算法可满足小卫星敏捷性需要。

对地观测敏捷小卫星星载一体化结构设计

研究了对地观测敏捷小卫星的星载一体化设计,结合工程实际,设计了一种敏捷小卫星的结构,将载荷结构和卫星结构有机结合到一起,并充分考虑了卫星结构与整星被动热控一体化设计、卫星结构与整星线缆布局一体化设计,提高整星的功能密度,优化了星上单机布局,有效降低整星质量,压缩体积,降低发射成本。设计分析结果表明,整星的x向固有频率为56.465 Hz,y向固有频率为59.704 Hz,z向固有频率为218.88 Hz,整星的高刚度为敏捷卫星的快速机动成像奠定基础;卫星的结构安全裕度大,达到3.85,随机响应和正弦响应在可控范围内,能承受卫星从运输到发射过程中的各种复杂力学环境;卫星功能密度高,被动热控设计使得整星热控资源功耗小,空间利用率高,线缆走线布局简洁方便。

敏捷机动小卫星姿态的非线性自适应控制及实验研究

针对敏捷小卫星在运行过程中遇到的各种不确定性和干扰等问题,研究了以单框架控制力矩陀螺(SGCMGs)为执行机构的小卫星姿态机动和跟踪控制方法。在航天器动力学建模时考虑了执行机构的模型;设计了一种具有自适应能力的非线性控制器,并利用Lyapunov理论证明了控制系统的渐近稳定性;为校验该方法的有效性,搭建了基于SGCMGs的敏捷卫星姿态控制系统的半物理仿真实验平台,并考虑模型不确定性、外界干扰及执行机构控制力矩受限的情况进行了半物理仿真实验,相关结果校验了本文方法的有效性。