一種雙體衛(wèi)星的動力學(xué)建模與控制研究.pdf

1、在許多衛(wèi)星項目中，衛(wèi)星的高精度指向、高穩(wěn)定度是至關(guān)重要的，例如：高精度高分辨率對地觀測、激光通信衛(wèi)星等。由于衛(wèi)星上的活動部件和結(jié)構(gòu)形變等因素產(chǎn)生的微振動會降低衛(wèi)星載荷的指向精度和穩(wěn)定度，因此需要進行隔振。本文采用一種雙體衛(wèi)星結(jié)構(gòu)將衛(wèi)星載荷與振源從物理結(jié)構(gòu)上進行完全的隔離，從而可以保證載荷的姿態(tài)指向精度和姿態(tài)穩(wěn)定度。
　　本文的主要工作分為三大部分，首先是通過介紹衛(wèi)星隔振技術(shù)的發(fā)展概況了解當(dāng)前該領(lǐng)域中所遇到的困難與挑戰(zhàn)，從而引出為進

2、一步提高隔振性能而提出的雙體衛(wèi)星概念，并對其目前的發(fā)展做了一定的介紹。其次是對本文所采用的一種雙體衛(wèi)星結(jié)構(gòu)進行相關(guān)的研究，建立其運動學(xué)與動力學(xué)模型。最后，對雙體衛(wèi)星進行控制系統(tǒng)的設(shè)計，給出相應(yīng)的控制器PID參數(shù)，通過在Matlab/Simulink下對雙體衛(wèi)星控制系統(tǒng)進行仿真，驗證雙體衛(wèi)星的姿態(tài)指向特性以及隔振特性。
　　雙體衛(wèi)星從結(jié)構(gòu)上分為載荷平臺與衛(wèi)星主體結(jié)構(gòu)兩部分，它們通過8個力執(zhí)行器產(chǎn)生的磁浮力場進行動力學(xué)上的固聯(lián)從而使彼

3、此之間不相互接觸。控制方式采用載荷為主，平臺為輔的協(xié)同控制策略。雙體衛(wèi)星的動力學(xué)模型分為載荷平臺動力學(xué)模型，主體結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型以及相對位置結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型。在對雙體衛(wèi)星進行控制系統(tǒng)設(shè)計時，主要需要解決三個問題。第一個問題是考慮如何將8個力執(zhí)行器合理的分布在載荷平臺與主體衛(wèi)星結(jié)構(gòu)之間。本文從幾何結(jié)構(gòu)上考慮，以最大限度降低力執(zhí)行器間的靜態(tài)耦合為原則，給出了分配方案。第二個問題是指如何分配確定每個力執(zhí)行器的輸出控制力，即控制力的分配問題。本文根

4、據(jù)相對姿態(tài)與相對位置模型推導(dǎo)出8個相對測量距離與相對姿態(tài)和相對位置的關(guān)系，從而得出相對姿態(tài)矩陣和相對位置矩陣，解決了控制力的分配問題。第三個問題是如何解決相對位置控制系統(tǒng)與載荷平臺姿態(tài)控制系統(tǒng)之間的耦合性。本文通過采用將力場分解為凈力場和凈力矩場的方法，消除了控制子系統(tǒng)間的耦合性。通過解決這三個問題，本文得出了雙體衛(wèi)星的三軸解耦控制系統(tǒng)模型，它可以分解為載荷平臺姿態(tài)控制系統(tǒng)，衛(wèi)星主體結(jié)構(gòu)姿態(tài)控制系統(tǒng)以及相對位置控制系統(tǒng)。最后通過對每個子