卫星振动隔离系统的隔振与控制研究

摘要

对于空间飞行器，现阶段急需解决的两个问题就是其指向精度以及稳定性问题，要解决这两个问题，其中一个关键因素就是解决空间飞行器的振动隔离以及振动抑制问题。不同于传统方法中通过设计隔离器进行隔振，本文另辟蹊径，通过结构上的改进，提出一种新概念卫星——两体卫星，来解决飞行器隔振问题。所谓两体卫星，就是通过引入一种新型无扰动主动隔振平台将卫星按照部件的工作时动静方式分成保障舱和载荷舱两个部分，通过隔振平台隔离动舱上的噪声信号，这种方式不影响系统的姿态控制。
　　本文提出的新型主动隔振平台采用一种新思路，将卫星上的部件按其工作中动静方式进行分类。工作不产生噪声且需要稳定工作环境的部件放在载荷舱，对工作环境要求不高且其本身产生噪声的部件位于保障舱，通过一点隔离进行统一隔离，避免了传统方法针对不同的干扰源进行逐一隔离的情况。
　　本文首先介绍隔振系统的发展现状，对卫星隔振的发展进行简单的介绍，同时比较了不同的隔振方式。本文对传统方式的弊端进行改进，提出新型主动隔振平台，然后对此新型隔振平台的结构进行简单介绍。建立了空间坐标系，对隔振平台的几何结构进行分析，分析平台对于卫星姿态的影响，然后简单介绍了欧拉角四元数等姿态描述方法，建立了刚体的动力学模型，对所设计的隔振台建立了各执行器之间相互耦合的空间动力学方程。
　　通过对平台耦合动力学方程进行解耦运算，将原来的多输入多输出系统实现单输入单输出控制，实现对执行器的有效控制。最后对所设计的隔振平台进行卫星控制系统的设计与仿真，分别对载荷舱和保障舱进行系统设计，使载荷舱取得良好的姿态控制，保障舱能够较好地跟踪载荷舱的姿态。通过仿真验证载荷舱的姿态控制性能以及保障舱的跟踪性能，并通过仿真图观察载荷舱对于保障舱干扰源的抗扰动性能，通过结果对比说明隔振性能。
　　最后通过与普通卫星的比较，突出本文设计的新概念两体卫星的优势，通过对比展现了该卫星在未来太空中的应用前景，说明了本文工作的价值。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景目的及意义

1.2 国内外研究现状及综述

1.3 本文主要研究内容

第2章 带新型主动隔振平台的两体卫星概述

引言

2.1 主动隔振平台的非接触力执行器

2.2 执行器测试

2.3 传感器选择

2.4 新型隔振平台简介及结构图

2.5 本章小结

第3章 新型隔振平台动力学模型的建立

引言

3.1 空间坐标系的介绍

3.2 姿态运动学方程

3.3 卫星动力学方程

3.4 新型隔振平台的动力学模型分析

3.5 载荷舱保障舱相互运动分析

3.6 本章小结

第4章 新型隔振平台的控制系统设计与仿真

引言

4.1新型主动隔振平台的整体控制系统设计

4.2 控制方法研究

4.3 新型主动隔震平台的控制系统仿真

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

声明

致谢