卫星姿态动力学与控制ppt课件.ppt

《卫星姿态动力学与控制ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、卫星姿态动力学与控制（1）汇报人：2018年10月15日概述Overview主要内容Maincontent工作映射Workmapping01.02.03.CONTENT概述01概述Overview1、卫星姿态动力学2、卫星姿态控制系统4、卫星执行机构3、卫星姿态敏感器姿态控制Attitudecontrol姿态：指卫星相对于空间某参考坐标系的方位或指向姿态稳定被动姿态控制自旋稳定，重力梯度稳定，磁稳定，气动稳定，辐射压稳定半被动和半主动例子（动量轮）姿态控制主动姿态控制A，质量排出B，动量交换C，磁控制D，利用环境力矩系统设计与实现Systemdesignandimplementati

2、on概念研究方案设计技术设计姿态捕获姿态确定姿态稳定姿态机动卫星变轨时姿态稳定其他分系统部件的控制姿态控制系统建立系统数学模型模型验证、分析接口电磁匹配安全性、可靠性主要内容021、姿态和姿态动力学基础姿态参数-欧拉角基元旋转矩阵姿态参数-欧拉角zxz旋转顺序zxy旋转顺序姿态参数–欧拉轴/角欧拉轴/角坐标变换示意图姿态动力学运动学方程：运动参数之间的相互关系。动力学方程：运动和作用力之间的关系。动力学基本定理拉个朗日方程哈密尔顿1、动量定理2、动量矩定理对于完整系统用广义坐标表示的动力方程。哈密顿原理是以变分为基础，设系统的动能为T，势能为V，非保守力的虚元功为δw时，则哈密顿原理

3、可以表示为动力学模型刚体模型尖兵一号甲美国XSS-10卫星东方红二号双自旋准刚体模型双自旋陀螺体模型多刚体模型美国QuickBird卫星刚体-挠性体混合系统风云一号探险者一号卫星单自旋准刚体模型实践一号甲日本ETSVII卫星多刚体-挠性体-液体的混合系统大型挠性体系统航天器环境力矩相对幅值2、环境力矩重力梯度力矩气动力矩大气密度分布图卫星所受气动示意图太阳辐射力矩中巴资源一号卫星(太阳光压力矩较大的例子)太阳光压造成，地球返照及大气红外辐射是次要的辐射源。辐射力矩反射类型A、镜面反射，b、漫反射，c、部分漫反射地磁力矩3、自旋与双自旋卫星姿态动力学自旋：钢体双自旋：陀螺体ω的运动方式

4、沿本体锥运动由于ωy和ωz周期性变化，所以在本体坐标系Oyz平面内，ω绕Ox轴以速率Ω旋转，而幅值ω恒定。由此可见，星体的瞬时转速ω绕自旋轴Ox作圆锥运动。考虑到在无外力矩作用下，航天器动量矩H守恒，即在空间中固定不变，由于ω绕Ox轴旋转，因此Ox也必然作圆锥运动，才可能使得它们的合矢量H在空间定向(1)航天器动量矩H、瞬时转速ω和自旋轴Ox3个矢量必定在同一平面内。(2)ω在空间的运动由两种圆锥运动合成，一是绕自旋轴Ox(即方向)的圆锥运动，其转速速率为Ω；二是绕动量矩H的圆锥运动，其转速速率为Ox沿H动量矩空间锥运动本椎体与空间体考虑到在无外力矩作用下，航天器动量矩H守恒，即在空

5、间中固定不变，(1)航天器动量矩H、瞬时转速ω和自旋轴Ox3个矢量必定在同一平面内。(2)ω在空间的运动由两种圆锥运动合成，一是绕自旋轴Ox(即方向)的圆锥运动，其转速速率为Ω；二是绕动量矩H的圆锥运动，其转速速率为钢体本体极迹一般刚体自由姿态运动的本体极迹a、b、c、d、e代表着五种情况1、以恒定角速度绕最大惯量轴转动ob12、c、c“为不稳定平衡轴ob23、以恒定角速度绕最小惯量轴转动ob3自旋卫星的稳定一个绝对刚体无论绕最大惯量轴或者绕最小惯量轴的旋转都是稳定的，但是由于鞭状天线的弯曲提供了一种通过结构阻尼耗散能量的机构。因为损失了机械能，动量矩守恒原理迫使卫星绕着一根与旋转对

6、称轴倾斜的轴进动，进动和弯曲运动的动力学耦合能使能量耗散过程继续下去，直到获得最小能量动力学状态，绕最大惯量轴旋转。假设用μ来表示自旋轴惯量与横向惯量之比：带有管球型章动阻尼器的自旋卫星章动阻尼特性双自旋稳定性假设自旋部分和消旋部分都近似于刚体，均相对于自旋轴对称，消旋体绕自旋轴角速度为零，则：(1)由于星体内可动部件的影响，惯量比μ大于1(短粗)的双自旋卫星的自旋运动是稳定的。(2)惯量比μ小于1(细长)的双自旋卫星，只要消旋部分的可动部件引起的能量耗散足够快，其运动也是稳定的。(3)短粗双自旋卫星的惯量比μ设计准则与自旋卫星相同。(4)细长双自旋卫星，为保证稳定，须在消旋部分安装

7、被动章动阻尼器，或者在星上设置主动章动控制系统。4、重力梯度稳定卫星姿态动力学重力梯度被动稳定就是航天器利用地球或其他天体的引力场，在不依赖飞轮、推力器和伺服系统等主动控制部件的情况下，获得对地球或其他天体姿态定向的一种稳定方式。优点是长寿命，功耗需求低；缺点则是制力矩小，需要天平动阻尼，且指向精度低，例如各轴精度在1°～10°左右。重力梯度设计(1)增大起稳定作用的恢复力矩和限制扰动力矩。(2)捕获重力场。(3)必须包含阻尼天平动。重力梯度稳定区域重力梯