Influence of flexible solar arrays on vibration isolation platform of control moment gyroscopes

A high-performance vibration isolation platform （VIP） has been developed for a cluster of control moment gyroscopes （CMGs）. CMGs have long been used for satellite attitude control. In this paper, the influence of flexible solar arrays on a passive multi-strut VIP of CMGs for a satellite is analyzed. The reasonable parameters design of flexi- ble solar arrays is discussed. Firstly, the dynamic model of the integrated satellite with flexible solar arrays, the VIP and CMGs is conducted by Newton-Euler method. Then based on reasonable assumptions, the transmissibility matrix of the VIP is derived. Secondly, the influences of the flexible solar arrays on both the performance of the VIP and the stability of closed-loop control systems are analyzed in detail. The parameter design limitation of these solar arrays is discussed. At last, by selecting reasonable parameters for both the VIP and flexible solar arrays, the attitude stabilization performance with vibration isolation system is predicted via simulation.

双级磁悬浮超静载荷平台建模与指向控制研究

随着遥感成像卫星对地观测分辨率的不断提升,光学载荷对于载荷平台的指向精度、稳定度和隔振性能提出了越来越高的要求。提出一种双级磁悬浮超静载荷平台技术方案,建立了其两级三体多自由度动力学模型,提出并设计了双级磁悬浮指向隔振控制方法,并进行了动力学与控制仿真验证。结果表明:相比传统的主被动隔振平台和单级磁悬浮超静平台,双级磁悬浮超静载荷平台的指向、隔振性能更优。

一种超静平台主动指向容错控制方法

针对超静平台主动指向控制中的作动器故障问题,提出一种超静平台主动指向容错控制方法。首先,基于超静平台的一般动力学模型,推导用于指向控制的解耦模型和标准解耦矩阵,将超静平台由高度耦合的复杂多输入多输出系统变为多个相对简单的单输入单输出系统,有利于控制器的设计和容错控制方法的引入;在此基础上,针对作动器的故障问题,提出指向控制重构策略,并建立新解耦矩阵;进一步,提出基于解耦矩阵条件数最小的冗余自由度选择方法;最后,进行了数值仿真分析。仿真结果表明:基于冗余自由度最优选择的主动指向容错控制方法能够最大限度地减少作动器故障对超静平台主动指向控制效果的影响。

超静平台动力学建模与解耦控制

以超静平台在未来高精度航天器主动隔振和精确指向控制中的应用为基础,针对柔性铰形式超静平台的动力学特点以及超静平台基础和载荷扰动作用的影响,建立一般形式的超静平台动力学模型;进一步推导解耦力控制方法,将超静平台由高度耦合的多输入多输出系统变为单输入单输出线性时不变系统,以此消除各支杆之间的相互作用,极大地简化了控制器设计;在此基础上,进行数值仿真分析与验证.仿真结果表明:基于所建立的一般形式超静平台动力学模型,采用解耦力控制方法能够很好地实现超静平台的主动振动控制,并且方法简单易于工程实现.

隔振平台对姿态控制系统影响分析及参数选择

为实现卫星的高精度高稳定度姿态控制,在控制力矩陀螺群(CMGs)和星体之间加装了隔振平台。首先依据整星动力学简化模型推得了隔振系统传递函数矩阵;然后分析了隔振平台的使用给姿态控制系统带来的影响,并提出了一种既能使CMGs隔振平台满足隔振要求,又能保证姿态控制系统充分稳定性的参数选择方案;最后通过数值仿真的方式验证了所提出的参数选择方案的合理性。

K频段测距系统星间高精度指向控制算法

为了避免多路径噪声对低低星间跟踪(SST-LL)重力测量卫星K频段测距(KBR)系统测距精度的影响,基于SST-LL重力测量卫星的超静卫星平台,提出了一种磁控制与喷气控制相结合的KBR系统星间高精度指向控制算法。首先,利用喷气执行机构使卫星快速机动到目标姿态角;然后,利用磁力矩器和喷气执行机构对卫星进行联合稳定控制,在满足省电和节省喷气量的条件下,实现长周期、高精度的天线相对指向控制。利用"重力场反演与天气试验"(GRACE)卫星参数进行仿真验证,结果表明:在正常轨道运行模式下,该算法能实现俯仰和偏航方向优于1mrad的控制精度,可为KBR系统在轨高精度测距提供保证。

航天器超静平台作动器发展及其关键技术综述

星载有效载荷的灵敏度和有关性能指标的提高对航天器控制系统的精度和稳定度提出越来越高的要求。具有隔振、抑振及精确指向功能的航天器超静平台得到广泛关注。超静平台作动器作为实现平台功能的核心执行部件,其质量优劣决定了平台的性能、可靠性和使用寿命。文章综述国内外不同种类超静平台作动器的性能特点、应用背景及技术发展概况,归纳总结高效率音圈电机技术、长寿命挠性元件技术、地面试验验证技术等关键技术;最后针对未来高精度星载光学载荷的应用需求,探讨了我国在超静平台作动器方面可进一步开展的研究内容。

巡天任务复杂工况下超静平台作动器疲劳寿命评估

为研究超静平台作动器的疲劳寿命特性,以其在轨执行巡天任务时的复杂工况分析为出发点,开展了典型工况下的超静平台物理试验,获取作动器实测载荷数据;采用有限元仿真模型进行疲劳损伤系数计算,根据“累积损伤-临界损伤”干涉模型进行累积损伤建模,推导了基于损伤系数外推的作动器概率疲劳寿命解析模型;利用最大损伤系数对应工况进行试验载荷谱设计,开展作动器疲劳寿命试验获取疲劳寿命分布,结合模型计算给出超静平台上不同损伤系数对应作动器的疲劳寿命评估结果。结果表明,运用建立的方法及模型,能够结合超静平台巡天任务工况,利用基于载荷谱编制的疲劳寿命试验结果,计算出平台上各作动器可靠度随在轨时间变化规律及概率疲劳寿命,可为超静平台作动器等一类在轨工况及载荷谱复杂、多样的空间运动机构提供一种真实有效的寿命评估技术途径。

超静平台在卫星高精度高稳定度指向控制中的应用研究

文章对超静平台在卫星高精度高稳定度指向控制中的应用进行了研究,针对不同频率振源下平台的动力学模型,设计了超静平台分层控制器。通过控制算法仿真表明,采用超静平台能充分消除星上振源对有效载荷的干扰,保持对观测目标精确指向。

大型挠性天线的主动振动抑制与相对位置控制

在微波遥感卫星上应用长基线的雷达干涉仪需要对大型挠性天线进行快速的主动振动抑制与高精度相对位置控制,传统的星体姿态控制和阻尼机构已无法满足任务的快速性和高精度要求.提出一种以高精度相对位姿测量相机为传感器、以高带宽执行的主动指向超静平台为执行机构的主动振动抑制与相对位置控制系统,开展了动力学建模、控制器设计和数学、物理仿真试验研究.该系统中相机测量天线末端的位移,而主动指向超静平台在天线的根部施加控制作用,因此控制回路具有异位控制的特点.为此,提出了一种能够实现天线载荷主动振动抑制和位置控制的控制器,其能够为天线的一阶挠性模态提供阻尼作用,同时保持高阶模态的稳定.控制器具有积分控制+结构滤波器的形式,也可被解释比例-积分-微分控制器+低通滤波器.在该控制器的基础上,进一步设计了星体-载荷两级控制回路.通过数学仿真和全物理仿真试验对设计的控制系统在主动振动抑制和位置控制任务中的有效性进行了考核,仿真和试验结果表明,提出的控制方案和控制器能够将大型挠性天线的振动衰减时间缩短1~2个数量级,并为天线载荷提供快速、精确的位置调节能力.

带柔性载荷超静平台的模型参数在轨辨识

针对柔性载荷振动引起超静平台模型参数在轨辨识精度下降的问题,设计一种超静平台模型参数在轨辨识方法.建立考虑柔性载荷振动的超静平台动力学模型,采用卡尔曼滤波估计柔性载荷振动的模态位移,利用多参数并发递推最小二乘法实现超静平台模型参数的准确辨识,通过仿真验证算法的有效性.仿真结果表明:在不考虑柔性载荷振动时,超静平台模型参数辨识收敛速度缓慢,辨识误差较大;采用文中考虑柔性载荷振动的多变量并发递推最小二乘法,能够明显提高超静平台模型参数估计精度.

无拖曳控制技术研究及在我国空间引力波探测中的应用

无拖曳控制技术通过控制微推力器产生的推力来抵消航天器受到的非保守力,其是获得超静超稳空间实验平台的关键技术之一。首先总结了无拖曳控制技术的研究现状与发展趋势,系统地总结了国外历次无拖曳航天器控制系统的详细设计方案以及国内的研究进展,随后分析了无拖曳控制技术的特点以及所面临的挑战,并概括了无拖曳控制所涉及到的关键技术。最后针对我国空间引力波探测对无拖曳控制技术的需求做了详细的分析与展望。

线缆连接对多级卫星控制性能的影响分析

分析研究了附加连接对多级协同控制卫星控制性能的影响。首先,利用牛顿欧拉法建立了主动指向超静平台动力学模型与卫星-载荷多级系统,为分析附加连接对系统产生的影响提供了动力学基础;其次,将线缆连接等效为附加刚度,建立了附加连接的力学模型并加入多级卫星动力学系统;仿真分析了附加刚度对开环与闭环系统隔振效果的影响,进一步分析了附加刚度对主动指向超静平台稳定性与指向控制精度的影响并提出了解决方案。仿真结果表明,星体与载荷之间的附加连接略微降低了主动指向超静平台的隔振效果与系统的稳定性,但对载荷指向控制精度影响不大。