空间飞行器姿态控制仿真试验平台系统研究与设计

论文题目: 空间飞行器姿态控制仿真试验平台系统研究与设计

论文类型: 硕士论文

论文专业: 控制科学与工程

作者: 鲁兴举

导师: 郑志强

关键词: 空间飞行器,模拟器,三轴气浮台,姿态动力学与控制

文献来源: 国防科学技术大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着航天技术的发展,新一代航天器将具有空前的自主能力和指向精度。然而,空间飞行器的发射是一项高投入、高风险的任务。一个降低风险的途径就是在上天前对系统软硬件进行充分的地面验证试验。由于地球引力和摩擦的影响,要想在地球上的实验室实际复现航天器动力学无疑是非常困难的。而气浮支承方式则为试验提供了一个极低力矩的条件,从而为复现太空自由环境提供了可能。气浮台系统通过配置可具备若干平动或转动的自由度,采用球形气浮轴承则可以提供三轴的转动自由度,是研究空间飞行器姿态动力学与控制问题的理想平台。本文对新型的三轴气浮转台进行了设计与控制研究,重点研究了系统的姿态确定及动力学与控制问题。基于刚体运动学,本文给出了由惯性测量单元的输出所确定的气浮台姿态解算方程,并提出了利用陀螺仪的动态输出与加速度计的静态输出进行组合的姿态确定方法。在给出三轴气浮台姿态动力学方程的基础上,进行了控制系统建模、分析和仿真,并初步进行了单通道试验。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 空间飞行器控制系统全物理仿真技术综述

1.3 三轴气浮台研究历史与现状

1.4 本文研究内容与组织结构

第二章三轴气浮台系统研究

2.1 三轴气浮台系统的原理与组成

2.2 三轴气浮台的姿态控制方法

2.3 三轴气浮台系统的若干关键技术

2.4 三轴气浮台在空间飞行器全物理仿真中的应用

2.5 几种典型三轴气浮台系统介绍

2.6 本章小结

第三章三轴气浮台系统设计

3.1 性能指标要求与总体方案设计

3.2 台上系统

3.3 球形气浮轴承

3.4 测控系统

3.5 质量特性分析

3.6 干扰力矩分析

3.7 本章小结

第四章三轴气浮台姿态确定

4.1 概述

4.2 参考坐标系

4.3 欧拉运动学方程

4.4 惯性测量姿态解算

4.5 气浮台初始姿态确定

4.6 角速率陀螺与加速度计的组合姿态解算

4.7 本章小结

第五章三轴气浮台姿态控制

5.1 3D 摆——定点转动刚体动力学与控制

5.2 三轴气浮台姿态控制系统设计

5.3 零动量飞轮控制系统设计

5.4 姿态控制回路建模与控制律设计

5.5 单通道姿态控制仿真

5.6 单通道控制试验

5.7 本章小结

第六章结束语

6.1 总结

6.2 气浮台发展前景展望

6.3 进一步的研究工作

致谢

参考文献表

作者在攻读硕士期间发表的论文

发布时间: 2006-09-14

参考文献

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空间飞行器姿态控制仿真试验平台系统研究与设计

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