带有大旋转部件卫星动平衡技术研究

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1、硕士学位论文带有大旋转部件卫星动平衡技术研究RESEARCHONDYNAMICBALANCETECHNIQUEOFSATELLITEWITHLARGEROTATINGCOMPOENTS谢一菲哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工程硕士学位论文带有大旋转部件卫星动平衡技术研究硕士研究生：谢一菲导师：陈雪芹副研究员申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：卫星技术研究所答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.2U.D.C:629.78Dissert

2、ationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONDYNAMICBALANCETECHNIQUEOFSATELLITEWITHLARGEROTATINGCOMPOENTSCandidate：XIEYifeiSupervisor：AssociateProf.CHENXueqinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceEngineeringAffiliation：ResearchCenterofSatelliteTech.DateofDefense：

3、June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要新型航天器的不断发展，引入了越来越多的旋转部件载荷。由于制造工艺水平的限制和安装误差等因素，使其存在一个质量偏心，进而产生不平衡力矩，严重影响系统整体的运行，甚至导致卫星任务失败。为此，针对带有大旋转体部件的卫星，从转子不平衡特性出发，考虑卫星平台与有效载荷之间的耦合影响，明确大旋转部件动不平衡扰动特性，进而寻找一种针对性的有效的控制算法，对实现具有复杂结构卫星高精度姿态控制有着十分重要的意义。论文的主要研究内

4、容如下：针对不平衡旋转体部件，在三轴稳定卫星姿态动力学方程的基础上，推导了存在不平衡时惯性力与动不平衡的公式及考虑将不平衡旋转体部件视为外部干扰的卫星姿态动力学模型，得出对于惯性力所产生的静不平衡力矩，其值大小与偏心距、转速及旋转载荷安装位置有关；对于动不平衡力矩，其值大小与转速、旋转部件惯量积相关，并使得卫星平台的姿态正弦发散。针对卫星平台与有效载荷之间的耦合影响，基于多刚体动力学提出了一种带有大旋转部件卫星的精细动力学模型，该模型创新性的引入了陀螺力矩项、旋转部件相对运动与星体运动的交叉影响项及旋转部件相对星体的角动量变化对星体产生的控制力矩项，并指出该模型并不适用于带

5、有能量耗损的动力学系统。同时，结合工程实践经验，引入了滚动轴承摩擦力矩与卫星平台起旋飞轮。仿真分析得到不平衡扰动力矩具有周期性、固定相位偏差的特点，且转子起旋阶段不平衡力矩干扰较大。针对带有大旋转部件卫星的高精度姿态控制，旋转部件起旋阶段设计了复合补偿控制器用于控制力矩项的补偿消除，降低干扰力矩的脉冲特性；匀速阶段采用了基于重复控制的动平衡控制器，使得卫星姿态逐步收敛，卫星平台的姿态颤动得到有效抑制。设计开发的双自旋单轴气浮台半物理仿真系统实验验证了基于飞轮驱动与电机驱动时有效载荷与卫星平台的耦合力矩作用的区别，证实了模型并不适用于带有能量耗损的动力学系统。同时，实验结果表

6、明，基于重复控制的动平衡控制算法具有对不平衡力矩的抑制效果良好。关键词：大旋转部件；卫星姿态控制系统；卫星动平衡；重复控制；-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththecontinuousdevelopmentofnewspacecraft,moreandmoreattentionispaidtotheresearchofrotatingcomponentpayloads.Thereisamasseccentricityresultingfromthepresenceofmanufacturingprocesslimitationsandinstall

7、ationerrors,whichleadstounbalancedmoment.Thismayseriouslyaffecttheoveralloperationofthesystemandevenleadtosatellitemissionfailure.Hence,forsatelliteswithlargerotatingcomponent,startingfromtherotorunbalancecharacteristics,consideringthecouplingeffectbetweenthes