陀螺飛輪在微小航天器姿態(tài)控制中的應用.pdf

1、動力調諧陀螺作為一種中高精度,但機械結構簡單成本低廉的陀螺,自上世紀60年代已經(jīng)廣泛應用到導航制導領域。如果將其轉子轉動慣量放大千倍,并且通過改變轉子傾角和轉速來改變角動量的方向和大小,那么動力調諧陀螺就可作為一個變速雙框架控制力矩陀螺使用,成為一種新型的姿態(tài)控制與姿態(tài)敏感裝置——陀螺飛輪。
　　本課題的主要目的就是研究如何使陀螺飛輪更好地應用在微小衛(wèi)星中。為此,陀螺飛輪的動力學特性,以及陀螺飛輪對各種航天任務的適用性和它所能達到

2、的控制效果成為本課題的主要研究內容。
　　為了研究陀螺飛輪有別于動調陀螺的工作狀態(tài),本文首先建立了適用于陀螺飛輪的動力學模型,檢測出了它的四個特征頻率,闡述了差頻和二倍頻沒有在動調陀螺特性中出現(xiàn)的原因。進而得到傾角增大會增加陀螺飛輪的等效剛度項,同時也會增加二次諧波力矩成分的結論。然后通過引入復系數(shù)傳遞函數(shù)的方式,設計了陀螺飛輪控制律,從而有效的抑制了二次諧波力矩對陀螺飛輪動力學特性的影響。
　　本文同時分析了微小衛(wèi)星各類任

3、務的姿控要求,然后根據(jù)陀螺飛輪所能達到的控制性能,證明了陀螺飛輪在低軌觀測衛(wèi)星上使用的可行性。然后建立航天器姿控系統(tǒng)完整模型,此模型行包括了航天器的質量特性模型、動力學模型,環(huán)境干擾模型的建立和姿態(tài)控制律、飛輪操縱律的設計。最后,將陀螺飛輪的本體模型及其控制回路與姿控系統(tǒng)模型聯(lián)合仿真分析,設計了陀螺飛輪為保證控制精度的機械參數(shù)和控制器參數(shù),證明了陀螺飛輪能夠達到姿態(tài)控制精度要求。
　　為了測試陀螺飛輪的機械加工精度,對陀螺飛輪的誤