飞轮故障时的小卫星轮控与磁控联合控制方法

反作用飞轮和磁力矩器是现代小卫星姿态控制的主要执行机构,针对反作用飞轮故障情况,提出一种使用磁力矩器和反作用飞轮联合控制的故障处理方案.首先给出了具有控制分配环节的联合控制方案,在此基础上推导了故障模式下的控制分配策略和磁卸载算法.最后进行数学仿真,结果表明该算法在飞轮故障时能够动态实现故障隔离和系统重构,有效完成小卫星高精度姿态控制任务,且该方法鲁棒性能好、设计简单、易于在轨实时计算.     

考虑飞轮动力学的过驱动卫星控制分配算法

针对具有冗余飞轮的过驱动卫星的最优控制分配问题,以反作用飞轮总能耗和力矩分配偏差最小等为目标,通过定义与能耗相关的优化目标函数,提出了能耗/力矩优化的动态控制分配方法,并考虑飞轮的非线性动力学特性,对控制分配进行修正.最后对本文提出的控制分配算法进行了数学仿真验证,结果表明了上述方法的可行性和有效性.     

小卫星姿态反作用轮捕获的预测控制方法

有利于提高小卫星的功能密度。为在反作用轮速率饱和限制条件下获得较短的捕获时间,在极大值原理和非线性预测控制理论基础上提出了分步优化的思想,设计了用于姿态捕获的次最优控制器,避免了直接优化控制的困难。最后进行了仿真验证,结果表明该控制方法能在反作用轮速率饱和限制条件下较快地实现小卫星姿态捕获,且具有良好的鲁棒性。     

美国空军利用卫星反作用轮校正姿态问题

2010年7月28日,美国空军第三太空运行中队与洛·马公司和航空航天公司的工程师们一起成功演示了利用卫星的反作用轮恢复卫星姿态的试验。     

控制力矩受限的卫星姿态有限时间鲁棒控制算法

为了解决在卫星姿态控制问题中经典滑模控制器所存在的收敛速度慢、指数收敛的缺陷,同时为增强控制器对外部干扰与系统不确定性的鲁棒性,提出了一种对系统模型具有鲁棒性的快速收敛有限时间控制算法.针对传统滑模面角速度下降过快导致的收敛速率慢的缺陷,基于Lyapunov方法设计了一种具有三段式结构的有限时间滑模面,提升收敛速率并保证稳态精度,同时利用欧拉轴的特性消除有限时间控制中的奇异性问题;通过引入符号函数项,解决系统转动惯量的不确定性与外部干扰力矩问题;通过放缩控制律中的比例项解决控制力矩受限的问题;通过Lyapunov函数证明本文提出的控制律的有限时间稳定性,同时给出系统收敛的时间估计.理论分析与仿真结果均表明,提出的控制算法能够在大幅提升收敛速率的同时保证稳态精度.同时也表明了提升系统性态的关键是规划姿态角速度,即通过合理设计滑模面与期望角速度曲线可以实现提升系统收敛速率与鲁棒性的目的.     

变飞轮力矩传动系统最佳传动比的确定

针对传统方法的不足，从CAD角度提出一种计算变飞轮力矩最佳传动比的方法，并进行了理论计算推导；且在AlofoCAD软件包上进行曲线图形输出。     

基于反作用飞轮和磁力矩器的小卫星姿态联合控制算法

针对基于反作用飞轮和磁力矩器的姿态控制算法设计问题,在建立执行机构数学模型的基础上,分析了联合控制的必要性,给出了一种具有控制分配环节的反作用飞轮和磁力矩器联合控制方案,在此基础上分别推导了最大磁控力矩和能耗最优等控制力矩分配算法。最后进行了数学仿真。结果表明,该联合控制算法在不降低系统控制精度的前提下,显著降低了反作用飞轮的转速及系统功耗。有利于在方案设计时减轻反作用飞轮的重量,提高整星的功能密度比。本文算法设计简单,计算量较小,可以在轨实现。     

卫星姿态精度对TDI CCD相机的影响

正确的姿态控制精度是TDI CCD卫星相机正常工作的基本前提，通过分析、计算卫星姿态控制精度导致的像移量及其与调控传递函数的对应关系，给出了TDI CCD相机对卫星姿态精度的要求，实例计算结果表明，TDI CCD相机对卫星姿态控制精度的要求比普通CCD相机的要求高，且随着TDI积分级数的增加，对卫星姿态的稳定度要求变得尤为苛刻。     

电磁液冷缓速器制动力矩影响参数

针对传统电涡流缓速器的风冷散热、热衰退问题严重的缺点,提出一种双凸极构造的电磁缓速器模型.在该缓速器的定子内设有液体通道,通过液冷措施及时排出缓速器工作时产生的热量,使其保持较低的温度;介绍了该缓速器的结构,在进行理论分析后,应用电磁场有限元分析专用工具,对缓速器的磁场和涡流场进行分析,详细讨论了电导率、励磁电流以及励磁电流饱和程度对制动力矩的影响.结果表明:随着电导率的增加,制动力矩逐渐趋于饱和;当励磁电流饱和时,随着励磁电流的增大,制动力矩不会明显地增加;当励磁电流的饱和程度不断增加时,制动力矩变化缓慢.     

基于偏航观测器的偏置动量卫星姿态控制

研究了基于偏航观测器的三轴稳定偏置动量对地定向卫星姿态控制问题.由于采用的红外地平仪无法测量卫星的偏航信息,提出了一种基于偏航观测器的姿态控制方案.针对俯仰回路,利用测量的俯仰角实现了俯仰回路姿态控制;滚动/偏航回路的设计由2部分组成:基于偏航观测器的PD控制器和飞轮解耦环节.整个系统采用动量轮和反作用飞轮作为执行机构,磁力矩器提供的磁矩与地磁场作用产生的力矩实现了飞轮的动量卸载.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究,结果表明,所设计的控制方案在飞轮输出力矩工作范围内,可使卫星达到很高的姿态控制精度.     

A comparing design of satellite attitude control system based on reaction wheel

The disturbance caused by the reaction wheel with a current controller greatly influences the accuracy and stability of the satellite attitude control system. To solve this problem, the idea of speed feedback compensation control reaction wheel is put forward. This paper introduces the comparison on design and performance of two satellite attitude control systems, which are separately based on the current control reaction wheel and the speed feedback compensation control reaction wheel. Analysis shows that the speed feedback compensation con- trol flywheel system may effectively suppress the torque fluctuation. Simulation results indicate that the satellite attitude control system with the speed feedback compensation control flywheel has improved performance.     

大型柔性卫星平台的变结构姿态控制

首先利用拉各朗日方程建立了大型柔性卫星的动力学方程，对该动力学方程进行了线性化，并且为了以后设计变结构控制器的需要，设计了状态观测器，然后设计了变结构控制器．在设计过程中，充分考虑了实际工程要求，采用了边界层方法来削弱变结构控制器的抖振，同时考虑了执行机构控制输出受限的情况，采取了利用4个偏置动量轮系统组成三轴零动量飞轮系统对卫星平台进行姿态控制．最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性．     

Animation simulation of satellite attitude control

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卫星编队飞行的相对姿态控制

使用基于李亚普诺夫的控制方法,研究了双星编队飞行系统的相对姿态控制问题.考虑角速度可测和角速度信息不可测量两种情况,进行了状态反馈和输出反馈的姿态控制算法的设计,并通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全局渐近稳定性.最后对给出的算法进行了数值仿真.结果表明,所设计的控制算法实现了编队卫星之间的姿态协同控制,是可行的、有效的.     

基于嵌入式仿真的卫星姿控系统故障模拟平台

进行卫星姿态控制系统故障模拟,对控制系统优化配置、故障诊断、系统重构技术研究与实验验证具有重要作用.提出了一种卫星姿控系统故障模拟通用解决方案,包括基于Simulink开发环境的宿主机系统、基于嵌入式实时操作系统VxWorks的目标机系统、控制系统部分实物.同时对有关功能实现及可扩展性进行了简单描述.     

事件驱动的卫星编队姿态分布式协同控制

星间信息交互是卫星编队姿态协同控制的基础.为降低姿态协同控制对星间交互的信息量,满足资源和通信带宽受限等约束,在卫星编队Euler-Lagrange姿态动力学模型的框架内,提出了一种基于事件驱动的相对姿态分布式自适应控制算法.通过设计含有星间状态偏差、关联矩阵等的事件驱动函数,当该函数值满足条件时触发事件、更新数据,在非触发时间内利用触发时刻的信息设计控制算法,从而将卫星编队姿态一致性协同控制转化为事件驱动控制问题,有效降低了控制输入更新频次及星间信息交互量.基于Lyapunov理论证明了在事件驱动自适应控制器作用下,领航者—跟随者卫星编队系统是全局渐近稳定的.并证明了事件触发时间序列不会产生Zeno现象,即事件触发间隔时间存在下界.进行数值仿真验证事件驱动自适应控制算法的有效性,并将其与传统自适应控制算法相比较,仿真结果表明,所设计的控制算法在保证闭环系统控制性能的前提下,显著降低了控制输入更新频次和星间交互信息量,满足星上能量和星间通信能力等约束.