超静敏捷卫星隔振与控制的动力学耦合及协同设计方法

doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2015.01.004

摘要/Abstract

摘要： 高性能的卫星平台需要同时具备敏捷与超静性能，为此一方面要采用大力矩执行机构与高带宽控制，另一方面要采取良好的振动隔离措施，而这两者之间会形成一定的动力学耦合，影响控制性能的最终实现.研究了对含高速转子的执行机构进行隔振引入的陀螺进动问题及其对敏捷控制性能的影响，分析了有效载荷隔振导致的异位控制问题及其对控制稳定性的影响.研究了隔振与控制参数的协同设计方法，提出了基于进动衰减时间的执行机构隔振参数选取原则，以及阻尼常数隔离的有效载荷隔振参数选取原则.基于该设计思路可以实现卫星隔振与控制参数的合理匹配，同时达到较好的超静与敏捷性能.

关键词: 超静敏捷卫星, 执行机构隔振, 进动衰减时间, 有效载荷隔振, 异位控制

Abstract: Highprecision payloads require both ultraquiet and agility performances of satellite platform, which brings several design challenges. The gyroscopic precession induced by actuator isolation and its impact on the agility performance are investigated, and a parameter selection principle is proposed based on the estimation of the precession decay time. The noncollocated control problem caused by payload isolation is studied and a design principle is proposed based on damping constant isolation. Simulations show that both ultraquiet and agility performances can be ensured by using the proposed design method.

Key words: ultraquiet agile satellites, actuator vibration isolation, precession decay time, payload isolation, noncollocated control

中图分类号:

V448.2

关新, 陈守磊, 崔颖慧, 汤亮, 郑钢铁. 超静敏捷卫星隔振与控制的动力学耦合及协同设计方法[J]. 空间控制技术与应用, 2015, 41(1): 21-25.

GUAN Xin, CHEN Shou-Lei, CUI Ying-Hui, TANG Liang, ZHENG Gang-Tie. Dynamics Coupling and Integrated Design in Vibration Isolation and Attitude Control Design of UltraQuiet Agile Satellites[J]. , 2015, 41(1): 21-25.

参考文献

1］SHARKEY J P, NURRE G S, BEALS G A, et al. A chronology of the onorbit pointing control system changes on the Hubble space telescope and associated pointing improvements［C］//AIAA Guidance, Navigation and Control Conference. Washington D.C.:AIAA, 1992:14181433. ［2］PENDERGAST K J, SCHAUWECKER C J. Use of a passive reaction wheel jitter isolation system to meet the advanced Xray astrophysics facility imaging performance requirements［C］//Proceedings of the 1998 Conference on Space Telescopes and Instruments. Bellingham: SPIE, 1998:10781094. ［3］HYDE T T, HA K Q, JOHNSTON J D, et al. Integrated modeling activities for the James Webb space telescope optical jitter analysis［C］//Proceedings of Optical, Infrared, and Millimeter Space Telescopes. Bellingham: SPIE, 2004:588599. ［4］刘延柱. 陀螺力学［M］. 北京: 科学出版社, 2009:42. ［5］GEVARTER W B. Basic relations for control of flexible vehicles［J］. AIAA Journal, 1969, 8(4): 666672. ［6］CANNON Jr R H, ROSENTHAL D E. Experiments in control of flexible structures with noncolocated sensors and actuators［J］. Journal of Guidance, Contorl and Dynamics, 1984,7(5):546553. ［7］CHODAS J L, MAN G K. Design of the Galileo scan platform control［J］. Journal of Guidance, Contorl and Dynamics, 1984,7(4):422429. ［8］章仁为. 卫星轨道姿态动力学与控制［M］. 北京: 北京航空航天大学出版社, 1998:313. ［9］WIE B, BERNSTEIN D S. Benchmark problems for robust control design［J］. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1992,15(5):10571059. ［10］关新, 郑钢铁. 空间相机隔振与姿态控制一体化设计［J］. 宇航学报, 2013,34(2):214221. GUAN X, ZHENG G T. Integrated design of space telescope vibration isolation and attitude control［J］. Journal of Astronautics, 2013,34(2):214221. ［11］DORF R C, BISHOP R H. Modern control systems［M］.10th ed. London: Pearson Education,

[1]	刘启海, 龚德铸, 华宝成, 钟俊, 郑岩, 赵春晖 . 新一代空间交会对接光学成像敏感器[J]. 空间控制技术与应用, 2018, 44(2): 56-61.
[2]	陈志华, 解永春. 刚体卫星相平面控制闭环系统稳定性分析[J]. 空间控制技术与应用, 2018, 44(1): 1-14.
[3]	严晗, 何英姿. 有限时间收敛的阻力加速度跟踪进入制导律[J]. 空间控制技术与应用, 2018, 44(1): 38-44.
[4]	刘吉利, 李建朋, 武志忠, 李恺 . 半球谐振陀螺零偏温度漂移的自补偿[J]. 空间控制技术与应用, 2018, 44(1): 69-73.
[5]	梁静静, 解永春 . 基于长方体禁飞区的安全绕飞轨迹设计[J]. 空间控制技术与应用, 2018, 44(1): 45-50.
[6]	卢欣, 李春艳, 李晓, 孙大开, 夏梦绮. 星光导航技术现状与发展综述[J]. 空间控制技术与应用, 2017, 43(4): 1-8.
[7]	郑循江, 叶志龙, 杨勤利, 孙朔冬. 一种多帧相关滤波的星敏感器像素非均匀性误差校正方法[J]. 空间控制技术与应用, 2017, 43(4): 31-36.
[8]	耿洁, 吕楠, 王韬, 宫经刚. 航天器的有限时间时变滑模姿态控制方法设计[J]. 空间控制技术与应用, 2016, 42(4): 30-.
[9]	陈阳. 一种末端能量管理段结合PD控制的标称轨迹制导律[J]. 空间控制技术与应用, 2016, 42(3): 58-62.
[10]	赵媛, 莫亚男, 吕政欣. 新型编码式太阳敏感器误差分析与修正方法研究[J]. 空间控制技术与应用, 2016, 42(2): 38-42.
[11]	龙也, 刘一武. 一种火星进入段在线脱敏轨迹设计方法[J]. 空间控制技术与应用, 2016, 42(2): 20-25.
[12]	张晓磊, 郑建华, 高东, 钱航. 星间测距对小卫星编队相对轨道状态的修正[J]. 空间控制技术与应用, 2015, 41(3): 42-47.
[13]	卫强，李新洪，王刚. 空间交会中多圈Lambert问题的算法改进与实现[J]. 空间控制技术与应用, 2014, 40(5): 52-56.
[14]	王志文, 张洪华. 基于线性协方差的月球上升器主动段误差分析[J]. 空间控制技术与应用, 2014, 40(3): 25-31.
[15]	刘智勇, 何英姿, 蔡彪, 程迎坤. 基于非线性观测器的非合作目标姿态跟踪控制[J]. 空间控制技术与应用, 2013, 39(5): 19-23.