双体卫星在指向控制中的建模与仿真研究

摘要

随着科技的不断发展,现在和将来的太空任务将要求更为严格的控制稳定度和指向精度。因此就需要航天器在高精度的敏感器件的基础上,对航天器上的干扰噪声进行隔离。本文主要研究采用无扰动负载结构的卫星即双体卫星的设计思想以及分析验证其在控制稳定精度和指向精度上的优势。
　　本文首先针对空间飞行器在轨姿态动力学基本理论知识,建立了普通的刚体小卫星姿态运动学方程和动力学方程。然后根据主动隔振的思想原理,提出实现把噪声源从根本上阻断其传播途径的方法。把卫星分为两个部分分别是净荷模块与服务模块,净荷模块主要是提供给敏感器件安装的位置,并且需要极低的噪声环境的模块。服务模块主要是为净荷模块提供服务支持的模块,是星体上主要的噪声源所在地。净荷模块与服务模块之间的相对位置测量、能量交换和净荷模块的姿态改变,主要是通过一些不接触的传感器和执行机构来完成的。在机械上这两部分是完全没有刚性连接的。
　　其次是根据双体卫星的结构特点,运用相关的姿态动力学知识对双体卫星的两个模块进行挠性和非挠性的数学模型与控制模型的建立。最后就是在建立的控制模型的基础上,进行模型仿真并与不采用双体卫星这种特殊结构的普通卫星进行对比分析。
　　双体卫星从结构上入手,把噪声彻底的隔离出去。然而这样也增加了控制难度,净荷模块的姿态控制不受到服务模块姿态控制和两个模块相对运动控制的影响。而服务模块通过不接触的相对位置传感器来获取与净荷模块的相对位置关系,从而控制其姿态位置。相对位置的控制也是通过控制服务模块的姿态来完成的。这样一来净荷模块自身的姿态控制就完全独立出去了,也阻断了服务模块带来的误差和噪声。所以从机械结构和控制结构上都使得净荷模块能够把噪声干扰完全隔离出去,从而能够获取高精度的控制稳定度和指向精度。

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第1章 绪论

1.1.课题背景

1.2国内外相关技术发展现状

1.3研究的目的和意义

1.4主要研究内容

第2章 卫星动力学模型

2.1 引言

2.2常用的空间坐标系

2.3卫星姿态描述参数

2.4各描述参数之间的相互转换

2.5各个姿态描述参数的优缺点

2.6卫星姿态动力学基本方程

2.7干扰力矩模型

2.8 本章小结

第3章 双体卫星结构分析与模型建立

3.1 引言

3.2 双体卫星及无扰动载荷系统结构设计

3.3 双体卫星数学运动模型的建立

3.4 本章小结

第4章 双体卫星控制模型建立与仿真

4.1引言

4.2 双体卫星净荷模块控制模型建立

4.3 双体卫星服务模块控制模型建立

4.4 双体卫星整体控制模型

4.5 双体卫星仿真

4.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢