三軸衛(wèi)星模擬器快速自動配平方法研究.pdf

1、 國內(nèi)圖書分類號：V416.6 學(xué)校代碼：10213 國際圖書分類號：623 密級：公開 工學(xué)碩士學(xué)位論文 三軸衛(wèi)星模擬器快速自動配平方法研究 三軸衛(wèi)星模擬器快速自動配平方法研究 碩 士 研 究 生：孫啟龍 導(dǎo) 師：齊乃明教授 申 請 學(xué) 位：工學(xué)碩士 學(xué) 科 、 專 業(yè)：飛行器設(shè)計 所 在 單 位：航天工

2、程系 答 辯 日 期：2014 年 6 月 授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué) 摘 要 摘 要 為了保證航天器在發(fā)射之后能夠正常的完成規(guī)定的任務(wù)， 在發(fā)射之前需要進(jìn)行大量的模擬實驗。 衛(wèi)星氣浮模擬器是用來模擬衛(wèi)星姿態(tài)的工具。 衛(wèi)星氣浮模擬器具有球軸承，可以模擬航天器三個姿態(tài)的運動。然而在實驗時，由于模擬器球軸承的轉(zhuǎn)心和質(zhì)心不重合， 造成了模擬器重力干擾力矩的存在， 這極大地影響了模擬實驗的進(jìn)行， 同時造成了實驗數(shù)據(jù)的無效。 因此模擬器配平是

3、一項關(guān)鍵技術(shù)。它直接影響著衛(wèi)星模擬器地面的實驗質(zhì)量。 配平一般分兩個步驟，先是手動粗配平，然后是自動配平。本文在手動配平的基礎(chǔ)上， 設(shè)計了進(jìn)一步減小重力干擾力矩的自動配平補償方法。 在自動配平時主要是利用執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行姿態(tài)控制將姿態(tài)穩(wěn)定住， 然后估算重力干擾力矩， 進(jìn)行力矩補償，最終將重力干擾力矩控制在一個很小的范圍內(nèi)。 本文首先建立了與衛(wèi)星模擬器姿態(tài)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。 介紹了噴氣和飛輪的控制方法，分別建立了噴氣和飛輪的動力學(xué)模型。設(shè)計了噴

4、氣和飛輪的控制方法，分別給噴氣和飛輪不同的重力干擾力矩的條件進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真。 一般的， 噴氣控制是用在大干擾力矩下， 當(dāng)重力干擾力矩減小到飛輪可控的范圍內(nèi)才用飛輪控制姿態(tài)進(jìn)行姿態(tài)保持。 其次介紹了兩種自動配平的方法， 說明了自動配平過程中需要用到的執(zhí)行機構(gòu)。 鑒于第一種配平方法的耗時長， 而且局限性多， 著重介紹了第二種配平方法。在粗配平完成后由于干擾力矩還是較大無法用飛輪進(jìn)行姿態(tài)保持進(jìn)行配平工作，因此先用噴氣的反饋力矩進(jìn)行基于噴氣的自動

5、配平， 將重力干擾力矩減小到飛輪可控的范圍，再進(jìn)行基于飛輪輸出的自動精配平。基于飛輪的配平，分為兩步，先水平配平，再豎直配平。 然后介紹了三軸衛(wèi)星模擬器的硬件設(shè)施， 臺體結(jié)構(gòu)以及主要執(zhí)行機構(gòu)的測量精度和輸出精度。用前面提出的配平方法，在物理實驗?zāi)M器上進(jìn)行配平。姿態(tài)角機動過程中為了防止姿態(tài)角超調(diào)， 設(shè)計了路徑優(yōu)化。 最終將配平的結(jié)果用圖像的形式顯示出來。 最后通過數(shù)學(xué)和物理仿真實驗結(jié)果， 進(jìn)一步進(jìn)行總結(jié)和分析。 分析配平方法的精度和可行