欠驱动航天器双飞轮–单喷气姿态最优控制原理及方法

欠驱动航天器的姿态控制能够增强航天器的可靠性.本文针对欠驱动航天器姿态控制,从喷气姿态阻尼的角动量等效原理出发,推导脉宽调制公式,得到燃料消耗最小时给定姿态、非给定姿态两种情况下的喷气最优组合方案.同时,为了实现喷气全局最优,提出欠驱动飞轮姿态控制策略,实现了运动航天器机动至预期姿态.进一步分析欠驱动飞轮航天器的姿态控制原理及稳定性,提出了共面双飞轮–单喷气的配置方案,通过双飞轮组合稳定航天器的角速度,使得航天器到达预期姿态机动时燃料全局最省.结合绕两个旋转轴的姿态机动路径规划方法,通过姿态机动时序关系的实时分配可实现航天器姿态机动与稳定控制.最后,通过航天器姿态控制仿真和对比分析,发现共面双飞轮–单喷气的欠驱动姿态阻尼及姿轨控制方案能够在较少硬件配置下实现对航天器的姿态控制,且消耗燃料最少.