一種雙體衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)建模與控制研究.pdf

1、在許多衛(wèi)星項(xiàng)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(duì)地觀測(cè)、激光通信衛(wèi)星等。由于衛(wèi)星上的活動(dòng)部件和結(jié)構(gòu)形變等因素產(chǎn)生的微振動(dòng)會(huì)降低衛(wèi)星載荷的指向精度和穩(wěn)定度，因此需要進(jìn)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(jìn)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(guò)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(jìn)

2、一步提高隔振性能而提出的雙體衛(wèi)星概念，并對(duì)其目前的發(fā)展做了一定的介紹。其次是對(duì)本文所采用的一種雙體衛(wèi)星結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的研究，建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型。最后，對(duì)雙體衛(wèi)星進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，給出相應(yīng)的控制器PID參數(shù)，通過(guò)在Matlab/Simulink下對(duì)雙體衛(wèi)星控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)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(tái)與衛(wèi)星主體結(jié)構(gòu)兩部分，它們通過(guò)8個(gè)力執(zhí)行器產(chǎn)生的磁浮力場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)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(tái)為輔的協(xié)同控制策略。雙體衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)模型分為載荷平臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型，主體結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型以及相對(duì)位置結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型。在對(duì)雙體衛(wèi)星進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要需要解決三個(gè)問題。第一個(gè)問題是考慮如何將8個(gè)力執(zhí)行器合理的分布在載荷平臺(tái)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(gè)問題是指如何分配確定每個(gè)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(duì)姿態(tài)與相對(duì)位置模型推導(dǎo)出8個(gè)相對(duì)測(cè)量距離與相對(duì)姿態(tài)和相對(duì)位置的關(guān)系，從而得出相對(duì)姿態(tài)矩陣和相對(duì)位置矩陣，解決了控制力的分配問題。第三個(gè)問題是如何解決相對(duì)位置控制系統(tǒng)與載荷平臺(tái)姿態(tài)控制系統(tǒng)之間的耦合性。本文通過(guò)采用將力場(chǎng)分解為凈力場(chǎng)和凈力矩場(chǎng)的方法，消除了控制子系統(tǒng)間的耦合性。通過(guò)解決這三個(gè)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(tái)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(duì)位置控制系統(tǒng)。最后通過(guò)對(duì)每個(gè)子