使用单框架控制力矩陀螺的空间站姿态控制系统建模与仿真

摘要

研究使用单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)的空间站的姿态控制.完成空间站在轨三轴稳定飞行模式下的动力学和执行机构的建模.基于最小二乘意义下的伪逆原理设计了SGCMGs的控制律.对于框架构形的隐奇异,采用零运动躲避的算法.同时建立了框架电机的动力学、干扰和控制器的仿真模型.提出了适合工程应用的SGCMGs构形显奇异和饱和奇异的工程性的判断条件及卸载方法.为了探讨伺服机构对系统响应特性的影响,进行了分系统级的仿真.仿真模型中包括了空间环境力矩、敏感器及姿态确定模型.仿真中使用了五棱锥构形的SGCMGs,这种构形具有好的冗余度和大的角动量包络.仿真结果验证了五棱锥构形SGCMGs对大型航天器的三轴姿态控制的可行性及有效性.