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基于增益调度的变速控制力矩陀螺操纵律设计 被引量:4
1
作者 张科备 王大轶 汤亮 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2016年第6期31-36,共6页
针对以往变速控制力矩陀螺(VSCMGs)加权操纵律存在增益调度与卫星姿态机动信息脱节的不足,设计一种VSCMGs改进增益调度操纵律.不同于以往VSCMGs加权操纵律仅通过奇异度进行增益调度,改进型操纵律采用奇异度结合误差四元数进行增益调度设... 针对以往变速控制力矩陀螺(VSCMGs)加权操纵律存在增益调度与卫星姿态机动信息脱节的不足,设计一种VSCMGs改进增益调度操纵律.不同于以往VSCMGs加权操纵律仅通过奇异度进行增益调度,改进型操纵律采用奇异度结合误差四元数进行增益调度设计,能够根据卫星姿态机动信息进行增益调度,同时该操纵律通过添加零运动,实现规划CMGs框架角和转子转速收敛在标称值附近,避免转子转速饱和.仿真结果表明改进增益调度操纵律能够实现CMGs模式和RWs模式二者之间平滑切换,有利于实现大力矩输出和精细力矩输出. 展开更多
关键词 增益调度 vscmgs 操纵律 姿态机动
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A new steering approach for VSCMGs with high precision 被引量:2
2
作者 Huang Xinghong Jia Yinghong +1 位作者 Xu Shijie Huang Tingxuan 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第6期1673-1684,共12页
A new variable speed control moment gyro(VSCMG) steering law is proposed in order to achieve higher torque precision. The dynamics of VSCMGs is established, and two work modes are then designed according to command to... A new variable speed control moment gyro(VSCMG) steering law is proposed in order to achieve higher torque precision. The dynamics of VSCMGs is established, and two work modes are then designed according to command torque: control momentum gyro(CMG)/reaction wheel(RW) hybrid mode for the large torque case and RW single mode for the small. When working in the CMG/RW hybrid mode, the steering law deals with the gimbal dead-zone nonlinearity through compensation by RW sub-mode. This is in contrast to the conventional CMG singularity avoidance and wheel speed equalization, as well as the proof of definitely hyperbolic singular property of the CMG sub-mode. When working in the RW single mode, the motion of gimbals will be locked. Both the transition from CMG/RW hybrid mode to RW single mode and the reverse are studied. During the transition, wheel speed equalization and singularity avoidance of both the CMG and RW submodes are considered. A steering law for the RWs with locked gimbals is presented. It is shown by simulations that the VSCMGs with this new steering law could reach a better torque precision than the normal CMGs in the case of both large and small torques. 展开更多
关键词 Attitude control Dead-zone nonlinearity Integrated singularity measurement Singularity avoidance Variable speed control moment gyros(vscmgs) Wheel speed equalization
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采用变速控制力矩陀螺的航天器自适应姿态跟踪和稳定控制研究 被引量:20
3
作者 汤亮 徐世杰 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期663-669,共7页
研究以变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)为主执行机构的卫星功率/姿态一体化控制(IPACS)问题。针对卫星的三轴稳定控制和相对惯性系的姿态跟踪问题分别设计了两类自适应控制器,二者都考虑了执行机构的动力学特性,并进行了稳定性的证明。其中... 研究以变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)为主执行机构的卫星功率/姿态一体化控制(IPACS)问题。针对卫星的三轴稳定控制和相对惯性系的姿态跟踪问题分别设计了两类自适应控制器,二者都考虑了执行机构的动力学特性,并进行了稳定性的证明。其中前者采用相对姿态描述,可以避免三轴稳定飞行中因惯性姿态旋转方向的选择而引起的控制力矩突变;后者采用改进的罗得里格斯参数(MRPs)描述姿态,简化了控制器设计过程并避免了运动学奇异。对姿态误差的描述,前者采用小姿态角假设下的偏差形式,后者采用现时姿态与期望姿态之间的方向余弦矩阵,更具有合理性。设计了能够逃离奇异、并具有轮速平衡功能的VSCMGs的操纵律,并应用磁力矩器为VSCMGs进行动量卸载。最后,通过两个算例进行了仿真,验证了所设计系统的可行性和有效性。 展开更多
关键词 自适应跟踪 卫星功率/姿态一体化控制 变速控制力矩陀螺 能量转换 动量卸载
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使用变速控制力矩陀螺的航天器鲁棒自适应姿态跟踪控制 被引量:11
4
作者 刘军 韩潮 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期159-164,共6页
研究以变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)为执行机构的航天器姿态跟踪问题。采用四元数描述姿态,在姿态误差的描述中引入了现时姿态与期望姿态之间的方向余弦矩阵。考虑执行机构模型参数不确定和有外干扰的情况,姿态误差动力学方程为多输入多... 研究以变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)为执行机构的航天器姿态跟踪问题。采用四元数描述姿态,在姿态误差的描述中引入了现时姿态与期望姿态之间的方向余弦矩阵。考虑执行机构模型参数不确定和有外干扰的情况,姿态误差动力学方程为多输入多输出(MIMO)的非线性系统。基于Lyapunov理论设计了鲁棒自适应控制器,运用光滑投影算法避免了估计参数陷入奇异。仿真结果表明,设计的鲁棒自适应控制律明显地缩小了姿态跟踪误差,很好地解决了外部环境干扰和执行机构由于安装误差或机械磨损造成的轴承方向未对准的问题。 展开更多
关键词 航天器 姿态跟踪 变速控制力矩陀螺 自适应控制 鲁棒控制 非线性系统
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基于归一化神经网络的航天器自适应姿态跟踪控制 被引量:7
5
作者 黄喜元 王青 董朝阳 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2542-2549,共8页
针对以变速控制力矩陀螺(VSCMGs)为姿态控制执行机构的航天器在同时考虑惯性参数和执行机构不确定性情况下的姿态跟踪控制问题,提出了一种基于归一化神经网络的自适应姿态跟踪控制方法。设计一个非线性反馈控制器作为航天器姿态控制的... 针对以变速控制力矩陀螺(VSCMGs)为姿态控制执行机构的航天器在同时考虑惯性参数和执行机构不确定性情况下的姿态跟踪控制问题,提出了一种基于归一化神经网络的自适应姿态跟踪控制方法。设计一个非线性反馈控制器作为航天器姿态控制的基本控制器,利用归一化神经网络设计补偿控制器,用以在线估计和消除包含系统不确定参数的未知不确定函数的影响,避免了标准自适应控制方法需要进行大量不确定参数估计的缺陷。采用神经网络输入归一化技术,简化了闭环系统复杂的稳定性分析过程。理论分析证明了闭环系统的稳定性和姿态跟踪误差的收敛性。仿真结果表明,所提出的控制方法能满足航天器在惯性参数和执行机构不确定性及外干扰存在情况下的高精度姿态跟踪控制要求。 展开更多
关键词 自适应控制 输入归一化神经网络 姿态跟踪控制 变速控制力矩陀螺
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Optimizing Designed Variable Speed Control Moment Gyroscopes with Variable Skew Angle
6
作者 Feng Liu Feng Gao Xiaojun Ding 《Journal of Applied Mathematics and Physics》 2023年第11期3315-3344,共30页
Large torque can be output by the single gimbal control momentum gyroscope (SGCMG) based on the principle of the gyroscopic precession. However, the singularity is a major obstacle to successfully implement the task o... Large torque can be output by the single gimbal control momentum gyroscope (SGCMG) based on the principle of the gyroscopic precession. However, the singularity is a major obstacle to successfully implement the task of the attitude control. The singularity can be avoided by the additional variable flywheel speed of variable speed control moment gyroscopes (VSCMG). Unfortunately, some kind of singularity cannot be effectively avoided. Consequently, the output toque can be only supported by the reaction torque of the flywheel when the singularity is encountered, and the consume power that is determined by the flywheel speed and reaction torque can be greatly increased when the flywheel spin rate over one thousand revolutions per minute. In this paper, the pyramid configuration with variable skew angle of the VSCMG is considered. A new steering law for the VSCMG with variable skew angle is proposed. The singularity that cannot be avoided by the varying flywheel speed can be effectively avoided with assisting of varying the skew angle. Consequently, the requirement of flywheel torque can be reduced. At last, the optimizing VSCMG with variable skew angle can be cast as a multi-objective function with multi-constraints. The particle swarm optimization method is used to solve the optimizing problem. In summary, the VSCMG with variable skew angle can be redesigned with considering of the singularity avoidance and minimizing system power. 展开更多
关键词 vscmg Pyramid Configuration with Variable Skew Angle New Steering Law Designed Optimization Parameters
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采用VSCMGs的航天器IPACS设计的一种投影矩阵方法 被引量:6
7
作者 张军 徐世杰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期609-615,共7页
研究以变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)为执行机构的能量/姿态一体化控制系统(IPACS)中的操纵律设计问题。建立了带VSCMGs的刚性航天器的动力学方程,用Lyapunov方法设计了渐近稳定的姿态控制律;在对VSCMGs的动力学进行详细分析的基础上,用... 研究以变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)为执行机构的能量/姿态一体化控制系统(IPACS)中的操纵律设计问题。建立了带VSCMGs的刚性航天器的动力学方程,用Lyapunov方法设计了渐近稳定的姿态控制律;在对VSCMGs的动力学进行详细分析的基础上,用投影矩阵法设计了一种操纵律,该算法将姿态控制指令力矩分解成两个力矩分量之和,其中一个由陀螺模式提供,另一个由飞轮模式提供,从而使VSCMGs处于构型奇异时陀螺模式也处于工作状态,降低了飞轮模式的负荷;文中证明了IPACS所需的变速控制力矩陀螺(VSCMG)个数最少为3,并分析证明了所设计的算法可以有效地解决姿控/储能一体化设计中可能出现的奇异问题。仿真结果验证了所设计算法的可行性。 展开更多
关键词 姿态控制 储能 投影矩阵 奇异构型 变速控制力矩陀螺
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Model predictive control of rigid spacecraft with two variable speed control moment gyroscopes 被引量:3
8
作者 Pengcheng WU Hao WEN +1 位作者 Ti CHEN Dongping JIN 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2017年第11期1551-1564,共14页
In this paper, an attitude maneuver control problem is investigated for a rigid spacecraft using an array of two variable speed control moment gyroscopes (VSCMGs) with gimbal axes skewed to each other. A mathematica... In this paper, an attitude maneuver control problem is investigated for a rigid spacecraft using an array of two variable speed control moment gyroscopes (VSCMGs) with gimbal axes skewed to each other. A mathematical model is constructed by taking the spacecraft and the gyroscopes together as an integrated system, with the coupling interaction between them considered. To overcome the singular issues of the VSCMGs due to the conventional torque-based method, the first-order derivative of gimbal rates and the second-order derivative of the rotor spinning velocity, instead of the gyroscope torques, are taken as input variables. Moreover, taking external disturbances into account, a feedback control law is designed for the system based on a method of nonlinear model predictive control (NMPC). The attitude maneuver can be realized fast and smoothly by using the proposed controller in this paper. 展开更多
关键词 integrated system variable speed control moment gyroscope vscmg nonlinear model predictive control (NMPC)
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以VSCMG为执行器的航天器姿态机动自适应动态滑模控制 被引量:5
9
作者 刘向东 辛星 +1 位作者 丛炳龙 陈振 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1064-1071,共8页
针对刚体航天器姿态机动控制问题,结合变速控制力矩陀螺(VSCMG)执行器的特性,提出一种自适应动态滑模控制律,提高了姿态机动控制的扰动抑制能力和鲁棒性。此控制律采用自适应方法对扰动力矩进行估计,通过给出控制力矩变化率并对其积分... 针对刚体航天器姿态机动控制问题,结合变速控制力矩陀螺(VSCMG)执行器的特性,提出一种自适应动态滑模控制律,提高了姿态机动控制的扰动抑制能力和鲁棒性。此控制律采用自适应方法对扰动力矩进行估计,通过给出控制力矩变化率并对其积分得到控制力矩,以此削弱切换控制的抖振对控制力矩时间连续性的影响,从而改善系统的动态性能。仿真分析显示该控制律能够在扰动力矩作用下实现刚体航天器的快速姿态机动,并且有效减弱了滑模控制的抖振现象。 展开更多
关键词 刚体航天器 姿态机动 变速控制力矩陀螺 动态滑模 自适应控制
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变速控制力矩陀螺的飞轮参数与构型倾侧角优化设计 被引量:1
10
作者 刘锋 赵辉 姚郁 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期976-982,共7页
为了在保证姿控和储能功能条件下设计出变速控制力矩陀螺(VSCMG)簇参数,在已有动量包络分析的基础之上,给出了考虑飞轮调速范围存在上限和下限约束条件下的动量包络空间和储能特性分析,提出了VSCMG簇的飞轮参数和构型倾侧角的优化设计方... 为了在保证姿控和储能功能条件下设计出变速控制力矩陀螺(VSCMG)簇参数,在已有动量包络分析的基础之上,给出了考虑飞轮调速范围存在上限和下限约束条件下的动量包络空间和储能特性分析,提出了VSCMG簇的飞轮参数和构型倾侧角的优化设计方法.将VSCMG簇的参数优化设计问题描述为非线性、多约束、强耦合的单目标静态优化问题,采用序列二次规划算法求解优化问题,获得优化的单元参数,并计算出动量包络面,验证了所提出优化方法的有效性. 展开更多
关键词 变速控制力矩陀螺 动量包络特性分析 储能容量 构型倾侧角 飞轮动量参数 优化设计
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基于奇异值分解的单框架变速控制力矩陀螺角动量管理方法
11
作者 李焕 党庆庆 徐世杰 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2018年第1期21-29,共9页
本文提出一种新的变速控制力矩陀螺(VSCMGs)的角动量管理方法.将VSCMGs的控制力矩(CMGs)模式和飞轮模式分开求解同步输出,对CMGs模式力矩输出进行奇异值分解,只有CMGs模式接近奇异的时候,在奇异方向上的指令力矩才会分配一部分给RWs模式... 本文提出一种新的变速控制力矩陀螺(VSCMGs)的角动量管理方法.将VSCMGs的控制力矩(CMGs)模式和飞轮模式分开求解同步输出,对CMGs模式力矩输出进行奇异值分解,只有CMGs模式接近奇异的时候,在奇异方向上的指令力矩才会分配一部分给RWs模式,从而在保证VSCMGs输出精度的情况下尽量充分的利用VSCMGs的执行能力.同时角动量管理算法中还引入零运动来实现转子轮速平衡以及框架构型避奇异,并且考虑了框架角速度死区非线性以及忽略项的补偿问题.仿真结果表明,所设计的操纵律在航天器大角度快速姿态机动时,可以实现高精度的大力矩输出. 展开更多
关键词 变速控制力矩陀螺 零运动 力矩分配 误差补偿
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航天器柔性太阳翼最优PPF主动振动抑制方法 被引量:3
12
作者 鄂斌 杨志红 +1 位作者 崔乃刚 王小刚 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期800-810,共11页
针对采用可变速控制力矩陀螺(VSCMG)进行柔性太阳翼振动抑制问题,提出一种基于求解非光滑H∞综合问题的最优参数正位置反馈(PPF)控制方法。首先,建立考虑VSCMG和柔性太阳翼耦合的振动模型,得到了线性化的约束陀螺柔性板动力学模型,基于... 针对采用可变速控制力矩陀螺(VSCMG)进行柔性太阳翼振动抑制问题,提出一种基于求解非光滑H∞综合问题的最优参数正位置反馈(PPF)控制方法。首先,建立考虑VSCMG和柔性太阳翼耦合的振动模型,得到了线性化的约束陀螺柔性板动力学模型,基于同位控制思想推导了以角度陀螺为测量装置的约束陀螺柔性板全阶状态空间模型。针对被控对象特性,确定最优PPF控制器的结构构型和待优化参数。进而,通过对约束陀螺柔性板全阶状态空间模型进行降阶、修正和加权处理,将PPF控制器参数优化问题转化为在PPF控制器构型约束条件下的非光滑H∞综合问题,并应用一阶下降算法进行寻优求解,实现最优PPF控制器的设计。该方法能够实现对各阶陀螺模态的独立控制,在保证快速性和鲁棒性的前提下,实现最优PPF参数的稳定高效求解。仿真结果表明,所提出的最优PPF控制方法能够快速、鲁棒地实现航天器柔性太阳翼的主动振动抑制。 展开更多
关键词 柔性太阳翼 控制力矩陀螺(vscmg) 正位置反馈(PPF) 非光滑H∞综合 振动抑制
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基于VSCMG的卫星姿态控制仿真系统 被引量:6
13
作者 戴路 金光 陈涛 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期1546-1553,共8页
介绍了一种新型卫星姿态控制全物理仿真系统,此仿真系统以长春光机所最新研制的高精度三轴气浮转台为平台,采用变速控制力矩陀螺(VSCMG)为主要控制执行机构,并结合喷气推力机构作为系统的辅助执行机构给控制力矩陀螺进行卸载。此系统应... 介绍了一种新型卫星姿态控制全物理仿真系统,此仿真系统以长春光机所最新研制的高精度三轴气浮转台为平台,采用变速控制力矩陀螺(VSCMG)为主要控制执行机构,并结合喷气推力机构作为系统的辅助执行机构给控制力矩陀螺进行卸载。此系统应用高精度光纤陀螺、高精度倾角传感器和磁强计等姿态确定器件构成一套完整的姿态控制全物理仿真系统。介绍了整个仿真系统的软硬件构成,并结合传感器和执行机构参数进行建模和误差分析。本仿真系统可以为一般卫星姿态控制,尤其是以VSCMG为主要执行机构的敏捷型小卫星的姿态控制策略和算法提供良好的仿真验证平台。 展开更多
关键词 小卫星 姿态控制 三轴气浮转台 变速控制力矩陀螺
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应用变速控制力矩陀螺的卫星姿态机动的非线性控制 被引量:3
14
作者 刘军 韩潮 《航天控制》 CSCD 北大核心 2007年第5期33-38,共6页
研究了以变速控制力矩陀螺(VSCMG)作为执行机构的卫星多目标快速机动的控制问题。首先建立了带有多个变速控制力矩陀螺的航天器姿态动力学模型,采用修正的罗德里格斯参数(MRP)描述姿态运动。在考虑执行机构饱和、机动速率限制、控制带... 研究了以变速控制力矩陀螺(VSCMG)作为执行机构的卫星多目标快速机动的控制问题。首先建立了带有多个变速控制力矩陀螺的航天器姿态动力学模型,采用修正的罗德里格斯参数(MRP)描述姿态运动。在考虑执行机构饱和、机动速率限制、控制带宽限制等情况下,设计了基于Lyapunov理论的非线性姿态反馈控制器。针对外部干扰会使控制力矩陀螺的框架角偏移其标称值的情况,采取磁补偿控制来保持框架角在一定范围变化。以采用VSCMG为执行机构的某卫星为例进行了数值仿真,仿真结果验证了提出的非线性姿态反馈控制器的有效性,采取的磁补偿控制也很好地抑制了变速控制力矩陀螺框架角的偏移。 展开更多
关键词 航天器 变速控制力矩陀螺 姿态机动 磁控 修正的罗德里格斯参数
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空间站基于动量管理的集成能量与姿态控制系统 被引量:2
15
作者 周黎妮 李海阳 唐国金 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期2151-2158,共8页
研究了使用飞轮和变速控制力矩陀螺的空间站基于动量管理的集成能量与姿态控制系统(IntegratedPower and Attitude Control System IPACS)。设计了使用飞轮和变速控制力矩陀螺的空间站基于动量管理的IPACS框架,通过仿真验证了基于动量... 研究了使用飞轮和变速控制力矩陀螺的空间站基于动量管理的集成能量与姿态控制系统(IntegratedPower and Attitude Control System IPACS)。设计了使用飞轮和变速控制力矩陀螺的空间站基于动量管理的IPACS框架,通过仿真验证了基于动量管理的IPACS的有效性,以及相对于单独的IPACS的优越性,同时变速控制力矩陀螺因同时具备飞轮和框架力矩陀螺的特点更适用于空间站长期在轨的姿态控制和能量存储要求。 展开更多
关键词 飞轮 变速控制力矩陀螺 动量管理 集成能量与姿态控制系统
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VSCMG簇的操纵律优化设计
16
作者 刘锋 姚郁 赵辉 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期882-888,共7页
变速控制力矩陀螺(variable speed control moment gyro,VSCMG)簇相对于单框架控制力矩陀螺簇仅增加了飞轮转速可调自由度,实现难度不大,但能够缓解奇异问题。基于线性代数理论,从机理上分析了已有的添加零运动的加权伪逆操纵律不能规避... 变速控制力矩陀螺(variable speed control moment gyro,VSCMG)簇相对于单框架控制力矩陀螺簇仅增加了飞轮转速可调自由度,实现难度不大,但能够缓解奇异问题。基于线性代数理论,从机理上分析了已有的添加零运动的加权伪逆操纵律不能规避VSCMG簇内所有奇异点。针对添加零运动的加权伪逆操纵律不能规避奇异点的问题,采用优化方法,设计出一种新型的VSCMG簇操纵律,能够规避采用传统添加零运动的加权伪逆操纵律不能规避的奇异点。最后搭建整个航天器姿态控制系统,仿真验证了所设计的新型操纵律奇异规避的有效性。 展开更多
关键词 变速控制力矩陀螺簇 零运动 加权伪逆 奇异规避 操纵律优化设计
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