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高姿态稳定度敏捷卫星的VSCMGs操纵律研究 被引量:12
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作者 邢林峰 孙承启 汤亮 《空间控制技术与应用》 2008年第6期24-28,共5页
研究采用变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)作为姿态控制执行机构的高姿态稳定度敏捷卫星的操纵律设计问题。将VSCMG分为控制力矩陀螺(CMG)和动量轮(MW)两种工作模式,针对每种工作模式进行奇异性分析,并给出逃避奇异的方法。为了获得较好的控... 研究采用变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)作为姿态控制执行机构的高姿态稳定度敏捷卫星的操纵律设计问题。将VSCMG分为控制力矩陀螺(CMG)和动量轮(MW)两种工作模式,针对每种工作模式进行奇异性分析,并给出逃避奇异的方法。为了获得较好的控制效果,还研究了VSCMGs转子转速向标称转速平衡的方法以及通过调整转子轴构型使转子转速快速返回到标称值的方法。最后通过对算例进行仿真,验证了所设计的操纵律的有效性。 展开更多
关键词 变速控制力矩陀螺 奇异 操纵律
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利用变速控制力矩陀螺的航天器集成能量与姿态控制 被引量:7
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作者 贾英宏 徐世杰 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期647-653,共7页
利用变速控制力矩陀螺(VSCMG)的航天器姿态与能量一体化控制问题。针对以VSCMG为姿态控制执行机构的刚体航天器设计了全局渐近稳定的姿态跟踪控制律。将VSCMG的框架角速度和转子角加速度作为控制输入向量设计操纵律。利用加权的最小范... 利用变速控制力矩陀螺(VSCMG)的航天器姿态与能量一体化控制问题。针对以VSCMG为姿态控制执行机构的刚体航天器设计了全局渐近稳定的姿态跟踪控制律。将VSCMG的框架角速度和转子角加速度作为控制输入向量设计操纵律。利用加权的最小范数解得到VSCMG的姿态控制输入向量,并用与之正交的控制输入向量来以给定的功率存储/释放能量。提出了同时表征力矩陀螺模式构型奇异和转子轮速平衡的混合指标函数。对控制自由度有冗余的系统,在混合指标函数的基础上利用梯度法构建了VSCMG的空转运动,以回避力矩陀螺模式的构型奇异,并同时减小转子转速差过大引起的转速饱和以及VSCMG零奇异的可能性。利用反馈转子动能的方法规划日照期间的储能功率,以维持系统长时间工作的能量平衡。基于某太阳同步轨道卫星的数值仿真结果验证了系统的有效性。 展开更多
关键词 集成能量与姿态控制 姿态跟踪 变速控制力矩陀螺 能量存储 构型奇异 轮速平衡
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基于聚类变异PSO优化的VSCMGs模糊平滑切换算法 被引量:1
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作者 杨楠 郁丰 +1 位作者 马浩哲 赵航 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期93-102,共10页
针对变速控制力矩陀螺(variable speed control moment gyro,VSCMG)作为执行机构应用在敏捷遥感卫星上进行姿态机动时末端模式切换的平稳性和快速性冲突问题,在考虑框架转速误差的基础上,设计姿态误差参数作为切换指标,制定误差参数切... 针对变速控制力矩陀螺(variable speed control moment gyro,VSCMG)作为执行机构应用在敏捷遥感卫星上进行姿态机动时末端模式切换的平稳性和快速性冲突问题,在考虑框架转速误差的基础上,设计姿态误差参数作为切换指标,制定误差参数切换区域内的过渡规则,将指令力矩实时分配给控制力矩陀螺(control moment gyro,CMG)和飞轮并分别求解,提出了一种控制力矩陀螺/反作用飞轮工作模式模糊平滑切换操纵律。为了使得姿态机动末端卫星姿态达到姿态稳定度和指向精度要求的时间更短,以该时间为优化指标提出聚类变异改进粒子群算法对该操纵律参数寻优,确定最佳的切换区域和切换参数,并进行了仿真验证。结果表明:改进后粒子群算法在相同的迭代次数中总是表现出比传统粒子群算法更优的适应度,具有更快的收敛速度和更高的收敛精度,参数优化后的模糊平滑切换操纵律相比于现有操纵律能够在较短时间内完成双模式的平滑切换,并在姿态机动末端更迅速地达到姿态稳定度和指向精度要求,提高了遥感卫星敏捷机动与高稳指向的控制性能,有利于高质量完成成像任务。 展开更多
关键词 敏捷遥感卫星 变速控制力矩陀螺 模糊切换 粒子群优化算法 姿态控制
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基于VSCMG的卫星姿态控制仿真系统 被引量:6
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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
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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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VSCMG簇的操纵律优化设计
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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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Attitude control of a rigid spacecraft with one variable-speed control moment gyro
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作者 Hai-Chao Gui Lei Jin Shi-Jie Xu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第5期749-760,共12页
Nonlinear controllability and attitude stabilization are studied for the underactuated nonholonomic dynamics of a rigid spacecraft with one variable-speed control moment gyro (VSCMG), which supplies only two interna... Nonlinear controllability and attitude stabilization are studied for the underactuated nonholonomic dynamics of a rigid spacecraft with one variable-speed control moment gyro (VSCMG), which supplies only two internal torques. Nonlinear controllability theory is used to show that the dynamics are locally controllable from the equilibrium point and thus can be asymptotically stabilized to the equilibrium point via time-invariant piecewise continuous feedback laws or time-periodic continuous feedback laws. Specifically, when the total angular momentum of the spacecraft-VSCMG system is zero, any orientation can be a controllable equilib- rium attitude. In this case, the attitude stabilization problem is addressed by designing a kinematic stabilizing law, which is implemented through a nonlinear proportional and deriva- tive controller, using the generalized dynamic inverse (GDI) method. The steady-state instability inherent in the GDI con- troller is elegantly avoided by appropriately choosing control gains. In order to obtain the command gimbal rate and wheel acceleration from control torques, a simple steering logic is constructed to accommodate the requirements of attitude sta- bilization and singularity avoidance of the VSCMG. Illustrative numerical examples verify the efficacy of the proposed control strategy. 展开更多
关键词 Attitude control inverse Nonholonomic system Generalized dynamic Small-time local controlla- bility - Stabilization variable-speed control moment gyro
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