卫星姿态控制系统稳定性的研究

摘要

太阳帆板是卫星的主要能量来源,卫星的必要部件。然而由于帆板的柔性,在空间特殊环境产生的振动不易衰减,影响了卫星姿态控制系统的姿态稳定度和指向精度,还可能导致不稳定振动。振动抑制有主动和被动两种方式。被动阻尼器能从材料和物理结构上对系统进行改进,可以降低成本和系统的复杂程度,提高卫星在太空稳定飞行的安全性。被动阻尼器在哈勃望远镜上得到了成功的运用。
　　本文首先通过有限元和模态分析法建立模态坐标,用模态分析理论和经典动力学理论推导带柔性太阳帆板卫星动力学方程和柔性帆板的运动方程,分析帆板对卫星的耦合作用。建立带柔性太阳帆板卫星姿态动力学模型,从约束模态和非约束模态推导系统传递函数。
　　其次以哈勃望远镜为研究对象,建立带柔性太阳帆板卫星姿态控制系统,与刚性模型控制系统比较,分析考虑太阳帆板柔性后卫星姿态控制系统稳定性变化。通过仿真验证提高帆板柔性模态阻尼系数可使卫星姿态控制系统相角裕度增加,稳定性增强。
　　再次研究各种粘弹性阻尼器模型,设计阻尼器参数,分析阻尼器模型在控制系统中的位置,将阻尼器模型加入带柔性太阳帆板卫星姿态控制系统中,仿真表明系统稳定性增强。
　　最后对设计的阻尼器进行测试方案设计,验证阻尼器能否在一定温度和频率范围内保证复刚度和阻尼率,给出了阻尼器的复刚度和阻尼率的测试方案。

目录

应用太阳帆板阻尼器改进卫星姿态控制系统稳定性的研究

STUDY ON SOLAR ARRAY DAMPER FOR IMPROVING SATELLITE CONTROL SYSTEM STABILITY

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 太空应用阻尼器发展现状

1.2.1 被动式阻尼器

1.2.2 主动式阻尼器

1.2.3 半主动式阻尼器

1.3 本文的主要研究内容

第2章 带柔性太阳帆板卫星姿态动力学

2.1 引言

2.2 参考坐标系

2.3 刚性本体卫星姿态动力学方程

2.4 带柔性太阳帆板卫星姿态动力学方程

2.5 带柔性太阳帆板卫星姿态动力学模型

2.6 本章小结

第3章 带柔性太阳帆板卫星姿控系统分析

3.1 引言

3.2 姿态控制系统建立

3.3 姿态控制系统稳定性分析

3.4 改进控制系统稳定性的方法选择

3.5 本章小结

第4章 应用阻尼器改进姿态控制系统稳定性

4.1 引言

4.2 阻尼器设计

4.3 阻尼器模型

4.4 装有阻尼器的姿态控制系统性能仿真

4.5 阻尼器测试方案

4.6 本章小结

结 论

参考文献

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学位论文使用授权说明

致 谢