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Error analysis and a new steering law design for spacecraft control system using SGCMGs 被引量:7
1
作者 Jin Jin Jing-Rui Zhang Zao-Zhen Liu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第5期803-808,共6页
Based on the singular value decomposition theory,this paper analyzed the mechanism of escaping/avoiding singularity using generalized and weighted singularity-robust steering laws for a spacecraft that uses single gim... Based on the singular value decomposition theory,this paper analyzed the mechanism of escaping/avoiding singularity using generalized and weighted singularity-robust steering laws for a spacecraft that uses single gimbal control moment gyros (SGCMGs) as the actuator for the attitude control system.The expression of output-torque error is given at the point of singularity,proving the incompatible relationship between the gimbal rate and the output-torque error.The method of establishing a balance between the gimbal rate and the output-torque error is discussed,and a new steering law is designed.Simulation results show that the proposed steering law can effectively drive SGCMGs to escape away from singularities. 展开更多
关键词 single gimbal control moment gyros (sgcmgs attitude control singularity analysis steering law
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Steering laws analysis of SGCMGs based on singular value decomposition theory
2
作者 张景瑞 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 2008年第8期1013-1021,共9页
The steering laws of single gimbal control moment gyros (SGCMGs) are analyzed and compared in this paper for a spacecraft attitude control system based on singular value decomposition (SVD) theory. The mechanism o... The steering laws of single gimbal control moment gyros (SGCMGs) are analyzed and compared in this paper for a spacecraft attitude control system based on singular value decomposition (SVD) theory. The mechanism of steering laws escaping singularity, especially how the steering laws affect singularity of gimbal configuration and the output torque error, is studied using SVD theory. Performance of various steering laws are analyzed and compared quantitatively by simulation. The obtained results can be used as a reference for designers. 展开更多
关键词 single gimbal control moment gyros singular value decomposition steering law singularity
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An improved constrained steering law for SGCMGs with DPC 被引量:1
3
作者 Lei Jin Shijie Xu Department of Guidance, Navigation and Control,School of Astronautics, Beihang University, 100191 Beijing, China 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第5期713-720,共8页
An improved constrained (IC) steering law for single gimbal control moment gyros (SGCMGs) with deformed pyramid configuration (DPC) is proposed, First of all, the original system with five pyramid configuration ... An improved constrained (IC) steering law for single gimbal control moment gyros (SGCMGs) with deformed pyramid configuration (DPC) is proposed, First of all, the original system with five pyramid configuration (FPC) whose two adjacent gyros are in failure state is reconfigured as a degraded system with DPC. Then, the singular angular momentum hypersurfaces of the original and the degraded systems are plotted via the singular angular momentum equa- tion of SGCMGs. Based on singular surfaces, the differences between FPC and DPC in singularity and momentum envelope are obtained directly, which provide an important reference for steering law design of DPC. Finally, an IC steering law is designed and applied to DPC. The simulation results demonstrate that the IC steering law has advantages in simplicity of calculation, avoidance of singularity and exactness of output torque, which endow the degraded system with fine controllability in a restricted workspace. 展开更多
关键词 single gimbal control moment gyros (sgcmgs - Deformed pyramid configuration (DPC) Failure singularity - steering law
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一种变鲁棒系数的SGCMGs伪逆操纵律 被引量:1
4
作者 王璐 郭毓 郭健 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期102-109,共8页
针对五棱锥单框架控制力矩陀螺群(Single gimbaled control moment gyroscopes,SGCMGs)中存在的奇异问题,建立五棱锥构型SGCMGs系统动力学模型,基于双曲正弦函数和分段函数设计鲁棒系数,改进鲁棒伪逆操纵律,使SGCMGs系统在处于奇异状态... 针对五棱锥单框架控制力矩陀螺群(Single gimbaled control moment gyroscopes,SGCMGs)中存在的奇异问题,建立五棱锥构型SGCMGs系统动力学模型,基于双曲正弦函数和分段函数设计鲁棒系数,改进鲁棒伪逆操纵律,使SGCMGs系统在处于奇异状态时,保证框架角速度不为零,从而逃离奇异;在接近奇异状态时迅速避开奇异,在远离奇异状态时更精确地输出期望力矩。通过SGCMGs不同类型力矩输出和挠性航天器大角度姿态机动控制的仿真结果表明,所提SGCMGs操纵律既能够较好地规避奇异状态,又能在远离奇异时精确地输出期望力矩。 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺群 操纵律 鲁棒系数 奇异 力矩误差 挠性航天器 姿态机动
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一种改进的SGCMGs奇异鲁棒伪逆操纵律算法 被引量:2
5
作者 刘付成 《上海航天》 2009年第2期1-8,26,共9页
以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为卫星动量交换机构,基于建立的姿态控制系统与SGCMG系统的动力学模型,设计零动量卫星的PD(比例微分)解耦姿态控制律。为逃避奇异,提出了一种改进的单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)奇异鲁棒伪逆操纵律算法。... 以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为卫星动量交换机构,基于建立的姿态控制系统与SGCMG系统的动力学模型,设计零动量卫星的PD(比例微分)解耦姿态控制律。为逃避奇异,提出了一种改进的单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)奇异鲁棒伪逆操纵律算法。某航天器姿态控制仿真结果表明:改进算法可避免奇异,算法有效性得以验证。 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 奇异 鲁棒伪逆操纵律 姿态控制
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五棱锥SGCMGs失效时奇异构型几何分析及操纵律设计
6
作者 王焕杰 刘禹 张召弟 《上海航天》 CSCD 2018年第4期35-41,共7页
单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的奇异构型几何分析及相应的操纵律设计是其在使用中遇到的主要问题。针对五棱锥SGCMGs构型及其单只失效后的奇异情况进行几何分析,考虑五棱锥构型单只SGCMG失效后显奇异点深入角动量体内部这一特性,设计... 单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的奇异构型几何分析及相应的操纵律设计是其在使用中遇到的主要问题。针对五棱锥SGCMGs构型及其单只失效后的奇异情况进行几何分析,考虑五棱锥构型单只SGCMG失效后显奇异点深入角动量体内部这一特性,设计了一种既能充分利用零空间运动,又能实现显奇异点规避的SGCMGs操纵律。仿真分析结果表明:设计改进后的操纵律能在有效解决五棱锥SGCMGs构型中单只陀螺失效后带来内部复杂奇异问题的同时,实现控制精度的大幅提升。 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 几何分析 五棱锥 构型失效 显奇异点 隐奇异点 零运动 操纵律设计
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基于奇异值分解的SGCMG操纵律分析 被引量:10
7
作者 张景瑞 陈立群 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2008年第8期918-926,共9页
基于奇异值分解理论,对航天器姿态控制系统中使用的单框架控制力矩陀螺(SGCMG)的操纵律进行了分析和比较研究.借助于奇异值分解方法,分析了各种操纵律逃逸奇异的机理,重点分析了各种操纵律对陀螺构型奇异性、输出力矩误差的影响.通过仿... 基于奇异值分解理论,对航天器姿态控制系统中使用的单框架控制力矩陀螺(SGCMG)的操纵律进行了分析和比较研究.借助于奇异值分解方法,分析了各种操纵律逃逸奇异的机理,重点分析了各种操纵律对陀螺构型奇异性、输出力矩误差的影响.通过仿真算例定量地分析与比较了各种操纵律的性能,所得结果可供工程设计人员参考. 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 奇异值分解 操纵律 奇异
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姿态机动中SGCMG的一种改进奇异鲁棒操纵律设计 被引量:1
8
作者 牟夏 宗红 雷拥军 《空间控制技术与应用》 2012年第2期17-23,共7页
单框架控制力矩陀螺(SGCMG)在卫星姿态控制中以其具有大力矩输出能力而受到重视并已成功应用于在轨卫星,其应用难点是构形奇异问题,特别是在快速连续机动的过程中,CMG框架角必须迅速脱离奇异状态.使用描述CMG输出力矩和期望控制力矩夹... 单框架控制力矩陀螺(SGCMG)在卫星姿态控制中以其具有大力矩输出能力而受到重视并已成功应用于在轨卫星,其应用难点是构形奇异问题,特别是在快速连续机动的过程中,CMG框架角必须迅速脱离奇异状态.使用描述CMG输出力矩和期望控制力矩夹角的奇异度量方法,以便在仿真中观察判别CMG构形的奇异程度.着重改进CMG的奇异鲁棒操纵律,应用高斯函数的方法确定鲁棒系数.仿真实例表明,与传统的梯度型零运动相比,该方法可以在卫星的连续快速机动中使CMG系统更为迅速地摆脱奇异,更为快速地完成机动并减小姿态抖动. 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 姿态机动 CMG操纵律 奇异鲁棒
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一种SGCMG系统奇异逃离方法 被引量:6
9
作者 刘德庆 吴敬玉 操宏磊 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1001-1005,共5页
单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统进入奇异后无法提供准确的三轴指令力矩,通过奇异机理分析,设计了一种奇异逃离方案。首先构造新的动态坐标系,在系统进入奇异后,将控制坐标系切换到新的坐标系下,在新的坐标系上放弃一个维度的控制,将系... 单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统进入奇异后无法提供准确的三轴指令力矩,通过奇异机理分析,设计了一种奇异逃离方案。首先构造新的动态坐标系,在系统进入奇异后,将控制坐标系切换到新的坐标系下,在新的坐标系上放弃一个维度的控制,将系统考虑为平面内的SGCMG冗余控制系统,然后在平面内采用二维零运动使得系统快速逃离奇异状态,当SGCMG系统逃离奇异状态后,再重新接入三维度的控制。仿真结果表明,提出的方法具有很好的奇异逃避效果。 展开更多
关键词 航天器 单框架控制力矩陀螺(sgcmg) 姿态控制 奇异逃离
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一种基于SGCMG的欠驱动姿态控制方法 被引量:1
10
作者 刘美师 吴敬玉 +2 位作者 王文妍 杨盛庆 谢任远 《上海航天》 CSCD 2018年第1期48-53,共6页
针对以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为执行机构的卫星,提出分步设计控制律和操纵律来实现欠驱动姿态控制。用两个SGCMG进行三轴控制时,将控制系统分解为控制律设计和操纵律设计两部分,来实现角速度稳定和姿态角稳定。通过卫星姿态动力学... 针对以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为执行机构的卫星,提出分步设计控制律和操纵律来实现欠驱动姿态控制。用两个SGCMG进行三轴控制时,将控制系统分解为控制律设计和操纵律设计两部分,来实现角速度稳定和姿态角稳定。通过卫星姿态动力学方程和运动学方程,分别设计状态反馈控制器和反步法控制器;再进行SGCMG的操纵律设计。结合所设计的控制律和操纵律,能够实现基于SGCMG的欠驱动卫星姿态控制,数学仿真验证了该算法的有效性。 展开更多
关键词 欠驱动 姿态控制 单框架控制力矩陀螺(sgcmg) 微分方程 反步法 状态反馈 控制律 操纵律
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单框架控制力矩陀螺的奇异分析及操纵律设计 被引量:11
11
作者 李传江 郭延宁 马广富 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2346-2353,共8页
通过对单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的奇异问题的分析,设计了一种新的伪逆解与零运动向量相结合的操纵律来回避SGCMGs的内部奇异点。首先通过绘制金字塔构型SGCMGs奇异角动量曲面及典型角动量切面对应的奇异度量极值曲面,研究了其奇异... 通过对单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的奇异问题的分析,设计了一种新的伪逆解与零运动向量相结合的操纵律来回避SGCMGs的内部奇异点。首先通过绘制金字塔构型SGCMGs奇异角动量曲面及典型角动量切面对应的奇异度量极值曲面,研究了其奇异的几何特性。然后以缩小期望力矩与各SGCMG角动量的夹角为目的,给出了一种新的零运动向量构造方法用于操纵律的设计。该方法在全局范围内考虑,并未参考当前奇异度量值,故能有效地避免奇异度量局部极值所对应的内部显奇异点。最后将其与现有的几种操纵律进行了数学仿真对比,验证了其有效性及优越性。 展开更多
关键词 姿态控制 单框架控制力矩陀螺 奇异 操纵律
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具有单框架控制力矩陀螺航天器的建模及可控性分析 被引量:2
12
作者 张佳为 马克茂 孟桂芝 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期761-766,共6页
针对具有单框架控制力矩陀螺的航天器姿态控制问题,将航天器与控制力矩陀螺看作整体系统,应用Lagrangian方程与Hamiltonian方程建立系统在重力场中的数学模型。在考虑航天器短时间内大角度机动前提下,将系统在Lagrangian形式下的状态方... 针对具有单框架控制力矩陀螺的航天器姿态控制问题,将航天器与控制力矩陀螺看作整体系统,应用Lagrangian方程与Hamiltonian方程建立系统在重力场中的数学模型。在考虑航天器短时间内大角度机动前提下,将系统在Lagrangian形式下的状态方程简化成仿射非线性形式,以控制力矩陀螺框架角速度为输入变量,回避控制力矩陀螺在奇异情况下对系统的影响。随后应用系统Hamiltonian形式的保体积性与非线性系统可控性定理证明该系统可控,且系统可控性不受单框架控制力矩陀螺群个数、构型、奇异问题的影响。系统在重力场中的数学模型与可控性结论为以后进一步研究航天器姿态控制方法,航天器系统稳定性问题提供了理论依据。 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 奇异 Hamiltonian方程 姿态控制 可控性
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具有约束方程的SGCMGs奇异避免操纵律 被引量:1
13
作者 张威泰 徐世杰 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期2005-2008,共4页
奇异问题是单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)在工程应用中遇到的最主要的障碍。为了解决这一问题,从空间几何的角度对SGCMGs的奇异产生机理进行了分析,并给出了一种新的SGCMGs系统奇异判定定理,与传统的微分几何方法相比形式更为简单和直... 奇异问题是单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)在工程应用中遇到的最主要的障碍。为了解决这一问题,从空间几何的角度对SGCMGs的奇异产生机理进行了分析,并给出了一种新的SGCMGs系统奇异判定定理,与传统的微分几何方法相比形式更为简单和直观。在此判定定理基础上,引入一个带可变参数Kout和kin的约束方程。当系统接近奇异时,参数kin改变框架角空间,使得系统避免陷入奇异;而Kout的作用是保持系统最大角动量工作空间保持不变。与传统的带约束方程的SGCMGs奇异避免操纵律相比,带可变参数的约束方程使得系统在不损失角动量工作空间的同时,有效防止了框架角构型奇异的出现,为SGCMGs的奇异避免操纵律设计提供了新的方法。 展开更多
关键词 单框架控制力矩陀螺 奇异 操纵律
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单框架控制力矩陀螺群的奇异几何分析(英文) 被引量:6
14
作者 汤亮 徐世杰 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2005年第4期295-303,共9页
使用几何方法对单框架控制力矩陀螺群(包括转子恒速的CSCMG和转子变速的VSCMG)的奇异性进行了分析。通过绘制CSCMG的奇异角动量超曲面,并标识隐奇异和显奇异在该曲面上对应的点,直观地表述了CSCMG的可操纵空间,得出星体三轴角动量可交... 使用几何方法对单框架控制力矩陀螺群(包括转子恒速的CSCMG和转子变速的VSCMG)的奇异性进行了分析。通过绘制CSCMG的奇异角动量超曲面,并标识隐奇异和显奇异在该曲面上对应的点,直观地表述了CSCMG的可操纵空间,得出星体三轴角动量可交换的具体范围。比较奇异角动量超曲面图,可以看出金字塔构型在角动量饱和包络面内部存在显奇异,而五棱锥构型的显奇异十分接近饱和包络面。文中分析了金字塔和五棱锥两种构型的CSCMG可能的退化隐奇异点,并给出了退化隐奇异点在奇异角动量超曲面上的具体位置及其高斯曲率特性。对集成的能量和姿态一体化控制系统(IPACS)可能出现的无法操纵的情况进行了补充分析,给出了使用VSCMG的IPACS不会出现操纵奇异的构型设计的充分条件。给出在某一瞬时能量下,VSCMG转子角速率范围有限制时的角动量包络图,从中得到CSCMG与VSCMG角动量体的变化和联系。 展开更多
关键词 姿态控制 单框架控制力矩陀螺群 奇异 几何分析 角动量超曲面 储能
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FPC构型中部分陀螺失效后奇异性对比 被引量:3
15
作者 张威泰 徐世杰 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期888-891,共4页
从奇异性分析角度对单框架控制力矩陀螺(SGCMG)的五棱锥构型(FPC)及其失效情况进行了研究。分别对1只陀螺失效及2只陀螺失效可能产生的各种构型进行了分析,给出了相应的奇异点角动量图并对几种重构后的构型评价指标进行计算和对比,更加... 从奇异性分析角度对单框架控制力矩陀螺(SGCMG)的五棱锥构型(FPC)及其失效情况进行了研究。分别对1只陀螺失效及2只陀螺失效可能产生的各种构型进行了分析,给出了相应的奇异点角动量图并对几种重构后的构型评价指标进行计算和对比,更加深入地理解FPC构型及其失效重构后的性能。该文研究结果可为失效模式下的操纵律设计提供参考。此外,当FPC构型中有陀螺作为备份时,该文研究结果也为备份的选择提供了依据。 展开更多
关键词 控制力矩陀螺 失效 五棱锥构型 奇异 操纵律
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