带VSCMGs的航天器姿态稳定及功率补偿控制

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1、2013年2月北京航空航天大学学报February2013第39卷第2期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．39No．2带VSCMGs的航天器姿态稳定及功率补偿控制田林徐世杰(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：基于变速控制力矩陀螺群动力学模型建立其复合控制方程和分系统解耦约束方程，用矩阵投影方法同步设计得到航天器姿态与能量一体控制复合操纵律，利用Lyapunov方法分析了转子轴向惯量误差对姿态控制分系统的影响．根据飞轮转子轴向惯量与功率输出之间的误差关系设计出功率控制补偿器．复合操

2、纵律中的力矩和功率两解形式相同，约束方程使得姿态与能量控制两分系统解耦，便于进行考虑执行机构特性的闭环控制系统性能分析．考虑飞轮转子轴向惯量误差时，姿态控制分系统的输出耗散特性使其能够保持稳定，而功率控制分系统输出误差与转子轴向惯量误差成比例关系，经过补偿后功率输出能满足控制要求．关键词：航天器姿态控制；变速控制力矩陀螺群；Lyapunov方法；功率补偿中图分类号：V448．2文献标识码：A文章编号：1001-5965(2013)02-0201-05AttitudestabilizationandpowercompensationcontroIforspacecraftwit

3、hVSCMGSTianLinXuShijie(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Basedondynamicsmodelofvariablespeedcontrolmomentgyroscopes(VSCMGs)，themixedcontrolequationplussubsystems’decouplingconstraintequationwereestablished．Theattitudeandenergymix

4、edcontrolsteeringlawwasdevelopedsynchronouslyviamatrixprojectionmethod．Influenceofflywheelrotor'smomentofinertiaerroronattitudecontrolsubsystemwasanalyzedbyusingLyapunovmethod．Apowercontrolcompensatorwasproposedaccordingtotheerrorrelationshipbetweenrotor’Saxialmomentofinertiaandpoweroutput．

5、Torqueandpowersolutionsinthemixedsteeringlawpossesssameforms，whilethecon—straintequationmakestheattitudeandenergycontrolsubsystemsdecoupled．Performanceanalysisofclosed—loopsystemconsideringactuator’Scharacteristicbecomesmoreconvenient．Attitudecontrolsubsystemwiththerotor’Sinertiaerrorcanmai

6、ntainitsstabilityduetothesystem’Soutputdissipativeproperty，whileoutputerrorofenergycontrolsubsystemisproportionaltotherotor'sinertiaerror．Thepoweroutputafterbeingcompensa-tedcansatisfythecontrolrequirement．Keywords：spacecraftattitudecontrol；variablespeedcontrolmomentgyroscopes；Lyapunovmetho

7、ds；powercompensation在多个大型航天器及新近发射升空的“天宫一号”空间实验室上，以力矩陀螺为主要执行机构的姿态控制系统工作状态稳定，且控制性能优异．变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)能够实现姿态与能量一体控制，特别适合应用于在轨寿命长且功率需求复杂的大型航天器上．以往研究中已针对使用VSCMGs的航天器建立了详细的动力学模型m21，并设计出多种VSCMGs姿态与能量一体控制复合操纵律¨“1．针对整星转动惯量、姿控执行机构部件转动惯量等参数的不确定问题，一收稿日期：2011一12-12；