双框架控制力矩陀螺在航天器姿态控制系统中的应用

摘要

控制力矩陀螺（CMG）是一类航天器姿态控制执行机构，具有输出力矩大、控制精度高、不消耗工质等优点，被应用于空间站等大型航天器。近年来其应用领域逐步扩展到各类具有较高机动能力的灵巧型卫星。双框架控制力矩陀螺（DGCMG）作为其中一种，能够有效降低系统奇异性，有望得到更广泛应用。文章介绍了双框架控制力矩陀螺（DGCMG）的原理，研究进展及其应用，推导了动力学方程。针对DGCMG应用的重要问题系统控制律，介绍其定义与分类，并提出了一种梯度型伪逆控制律，该控制律利用雅可比矩阵逆伪计算框架运动，并沿奇异测度函数梯度方向引入零运动进行奇异回避。该控制律具有物理意义明显、计算简单、奇异回避性好、通用性强等优点。数学仿真结果表明，该DGCMG 不易进入奇异状态，使其控制律设计大大简化，能够被用于航天器姿态控制系统中。