航天器本体不含飞轮的动量矩为624.ppt

第六章 航天器主动姿态稳定系统 第六章 航天器主动姿态稳定系统 6.1 喷气推力姿态稳定原理 6.2 喷气姿态稳定系统的非线性控制律 6.3 航天器的喷气推力器系统 6.4 飞轮姿态稳定原理 6.5 零动量反作用轮三轴姿态稳定系统 6.6 偏置动置轮三轴姿态稳定系统 6.7 控制力矩陀螺三轴姿态稳定系统 第六章 航天器主动姿态稳定系统 主动姿态稳定的优点是:可以保证更高的精确度和快速性. 缺点是:结构复杂化，降低了可靠性，且增加了能源消耗，因此适用于高精度要求和大扰动力矩的情形。 主动姿态稳定系统：包括了喷气三轴稳定系统、以飞轮为主的三轴稳定系统和磁力矩器三轴稳定系统。 6.1 喷气推力姿态稳定原理 喷气姿态稳定系统的运行基本上根据质量排出反作用喷气产生控制力矩的原理进行。 由于一个喷嘴只能产生一个方 向的推力，因此系统的每个通道起 码要有两个喷嘴。为了避免反作用 喷气推力对航天器的轨道运动产生 影响，一般地在同一方向都装上两 个喷嘴，如图6．2所示，此时控制 力矩由成对喷嘴产生(力偶)。 分析图6.2得知，对装有三轴喷嘴所产生的控制力矩为 （6.1） 设由这些喷嘴产生的控制力矩矢量为 ，它以本体坐标系三轴控制力矩分量表示，则有 (6.2) 若本体坐标系为主轴坐标系，则航天器在控制力矩的作用下，它的姿态动力学方程式为 (6．3) 式中， 为作用于航天器的其他环境干扰力矩。 喷嘴机构的简单工作原理如图6.3所示。 喷气阀门在正比于姿态角及其的驱动信号u作用下，若不计衔铁运动的时间，就只有全开或全关的两种状态，所以喷射推力F不是零值就是某一常值。 是释放衔铁的信号， 与 之差称为滞宽。 于是，按照形成推力F的原理，就可以获得由推力 器产生的控制力矩M。的大小，即 且 推力器实际上是一种继电系统，推力器的控制力矩变化分为三档：正开、关闭、负开，具体属于哪一档取决于航天器的姿态和控制律。这也就决定了推力器控制系统的非线性输出和断续工作形式。 继电系统的稳定状态是极限环自振荡。在这种系统的设计中，重要的是选择自振荡频率和振幅，即极限环参数，使它们最佳地满足精度和能量消耗的要求。 喷气控制最适合于抵消具有常值分量的扰动力矩，即非周期性扰动力矩。 6.2 喷气姿态稳定系统的非线性控制 研究非线性控制系统常用的分析方法是相平面图解法和描述函数法。 相平面是：由姿态角和角速度所组成的平面，相平面图解法就是研究系统在相平面中的运动轨迹。 考虑三轴稳定航天器姿态角偏差很小的情况，此时3个通道的姿态运动可以视作独立无耦合，且 于是航天器的欧拉动力学方程式(6．3)可简化为 (6.6a) (6.6b) (6.6c) 三通道具有相同的简便形式，为此下面仅以俯仰通道为例进行讨论。 1．基于位置反馈的继电控制律 为了便于由浅入深的分析，首先将推力器推力或力矩输出特性简化为单纯的继电型特性，即令 ，则航天器俯仰通道动力学方程和基于位置(只有角度而无角速度)反馈的继电控制律可列写为