基于五自由度氣浮臺(tái)的衛(wèi)星繞飛運(yùn)動(dòng)仿真.pdf

1、隨著我國對(duì)太空的不斷探索,衛(wèi)星等航天器的數(shù)量越來越多,系統(tǒng)越來越復(fù)雜,檢測與維修任務(wù)變得十分重要和困難,衛(wèi)星繞飛在此方面的優(yōu)勢(shì)明顯。衛(wèi)星繞飛是指衛(wèi)星等航天器和另一個(gè)空間目標(biāo)(衛(wèi)星和空間站等)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程,衛(wèi)星以特定的空間飛行器為中心進(jìn)行環(huán)繞飛行。繞飛運(yùn)動(dòng)能夠長期重復(fù)性地偵查特定的空間飛行器,為航天器的在軌監(jiān)測,交會(huì)對(duì)接以及編隊(duì)飛行等空間活動(dòng)提供重要信息。地面氣浮仿真系統(tǒng)可以真實(shí)地模擬衛(wèi)星等航天器的空間運(yùn)動(dòng),對(duì)所設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行檢測,驗(yàn)

2、證其穩(wěn)定性和控制精度。在這種背景下,本文以五自由度氣浮臺(tái)為控制對(duì)象,設(shè)計(jì)位姿控制器使其能夠完成對(duì)某一假想目標(biāo)的繞飛任務(wù)。
　　首先,在相關(guān)坐標(biāo)系中建立了氣浮臺(tái)的數(shù)學(xué)模型,以及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)――噴氣推力器和反作用飛輪的數(shù)學(xué)模型。仿真結(jié)果表明五自由度氣浮臺(tái)的運(yùn)動(dòng)具有強(qiáng)非線性以及姿軌耦合等特點(diǎn)。
　　其次,對(duì)氣浮臺(tái)繞飛位置控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先在平動(dòng)單通道上應(yīng)用自抗擾控制,針對(duì)仿真結(jié)果中的缺點(diǎn)對(duì)控制器進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)后的結(jié)果表明控制器能夠

3、以最短時(shí)間達(dá)到期望位置。然后對(duì)平動(dòng)過程中的擾動(dòng)進(jìn)行了分析,加入擾動(dòng)后的仿真結(jié)果顯示控制器能夠滿足平動(dòng)單通道繞飛要求。
　　然后,對(duì)氣浮臺(tái)繞飛位姿控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先針對(duì)噴氣推力器進(jìn)行姿態(tài)控制器的設(shè)計(jì),并分析了氣浮臺(tái)在姿態(tài)運(yùn)動(dòng)中受到的干擾,仿真結(jié)果顯示氣浮臺(tái)姿態(tài)以較短時(shí)間便達(dá)到期望位置;而后對(duì)飛輪進(jìn)行姿態(tài)控制器的設(shè)計(jì),結(jié)果顯示飛輪對(duì)姿態(tài)的控制精度要高于推力器;最后針對(duì)執(zhí)行器冗余設(shè)計(jì)了一種控制器分配策略,即在需要大角度機(jī)動(dòng)時(shí)使用推力器