基于五自由度氣浮臺的衛(wèi)星繞飛運動仿真.pdf

1、隨著我國對太空的不斷探索,衛(wèi)星等航天器的數(shù)量越來越多,系統(tǒng)越來越復雜,檢測與維修任務變得十分重要和困難,衛(wèi)星繞飛在此方面的優(yōu)勢明顯。衛(wèi)星繞飛是指衛(wèi)星等航天器和另一個空間目標(衛(wèi)星和空間站等)的相對運動過程,衛(wèi)星以特定的空間飛行器為中心進行環(huán)繞飛行。繞飛運動能夠長期重復性地偵查特定的空間飛行器,為航天器的在軌監(jiān)測,交會對接以及編隊飛行等空間活動提供重要信息。地面氣浮仿真系統(tǒng)可以真實地模擬衛(wèi)星等航天器的空間運動,對所設計的控制器進行檢測,驗

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為控制對象,設計位姿控制器使其能夠完成對某一假想目標的繞飛任務。
　　首先,在相關坐標系中建立了氣浮臺的數(shù)學模型,以及其執(zhí)行機構――噴氣推力器和反作用飛輪的數(shù)學模型。仿真結果表明五自由度氣浮臺的運動具有強非線性以及姿軌耦合等特點。
　　其次,對氣浮臺繞飛位置控制器進行設計。首先在平動單通道上應用自抗擾控制,針對仿真結果中的缺點對控制器進行改進,改進后的結果表明控制器能夠

3、以最短時間達到期望位置。然后對平動過程中的擾動進行了分析,加入擾動后的仿真結果顯示控制器能夠滿足平動單通道繞飛要求。
　　然后,對氣浮臺繞飛位姿控制器進行設計。首先針對噴氣推力器進行姿態(tài)控制器的設計,并分析了氣浮臺在姿態(tài)運動中受到的干擾,仿真結果顯示氣浮臺姿態(tài)以較短時間便達到期望位置;而后對飛輪進行姿態(tài)控制器的設計,結果顯示飛輪對姿態(tài)的控制精度要高于推力器;最后針對執(zhí)行器冗余設計了一種控制器分配策略,即在需要大角度機動時使用推力器