基于DFP系統(tǒng)的三剛體航天器快速機(jī)動技術(shù)研究.pdf

1、無擾有效載荷（disturbance-free payload，簡稱DFP）系統(tǒng)是一種雙剛體航天器，由載荷模塊和支持模塊組成，二者通過無接觸執(zhí)行器連接，具有極佳的隔振性。為提高DFP系統(tǒng)的敏捷性，本文引入了連接模塊和球鉸，將雙剛體DFP系統(tǒng)改進(jìn)為三剛體DFP系統(tǒng)。
　　作為快速機(jī)動技術(shù)研究的基礎(chǔ)，本文使用牛頓歐拉法建立了三剛體航天器的姿態(tài)動力學(xué)模型。在建模過程中，本文分別推導(dǎo)了六腳構(gòu)型的無接觸執(zhí)行器產(chǎn)生的力和力矩的表達(dá)式，三個模塊

2、的姿態(tài)動力學(xué)方程，以及載荷模塊與連接模塊的相對運(yùn)動方程。最終，完整的姿態(tài)動力學(xué)模型為一個12自由度的矩陣方程，該模型具有強(qiáng)耦合性和強(qiáng)非線性。
　　為降低飛輪能力對機(jī)動速度的限制，本文對三剛體航天器的系統(tǒng)角動量進(jìn)行了分析，設(shè)計出了支持模塊的內(nèi)部運(yùn)動參考軌跡，使得支持模塊的運(yùn)動夠吸收載荷模塊和連接模塊的角動量變化。對于轉(zhuǎn)動慣量存在不確定性的情況，該機(jī)動策略仍然適用。運(yùn)用該機(jī)動策略，使用普通飛輪即可實(shí)現(xiàn)快速機(jī)動。
　　當(dāng)轉(zhuǎn)動慣量存

3、在不確定性時，傳統(tǒng)遞階飽和控制器會出現(xiàn)超調(diào)，延長機(jī)動時間。為了提高控制器對轉(zhuǎn)動慣量不確定的魯棒性，本文對傳統(tǒng)遞階飽和控制器進(jìn)行了改進(jìn)，在減速階段增加了角加速度補(bǔ)償項(xiàng)，顯著降低了超調(diào)。針對加速度信息無法測量得到的問題，本文通過對控制模型進(jìn)行變換，得到了無需加速度信息但仍有加速度前饋功能的控制器。此外，針對三剛體航天器具有多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)約束的問題，本文給出了適用于三剛體航天器的控制器參數(shù)選取方法。
　　若有效載荷需機(jī)動的角度較大，在內(nèi)部