力矩输出能力最优化混合执行机构操纵律设计

摘要：

当航天器执行高动态敏捷机动或者姿态动态跟踪控制等任务时,常使用控制力矩陀螺(control moment gyroscope,简称CMG)和飞轮(reaction wheel,简称RW)构成的混合执行机构来提供大力矩.提出了基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律,从几何角度出发,给出了力矩输出能力最优的CMG框架角速度和RW角加速度,通过引入参数,并讨论参数的设置的最优,使得框架转速误差和输出力矩误差的混合二次型达到最小,保证了混合执行机构在输出力矩误差最小的情况下,力矩输出能力最优.以金字塔构型的CMG集群和正交的RW集群构成的混合执行机构为例,对基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律进行合理化分析,证明了引入参数的作用,并且证明了混合执行机构不存在CMG奇异情况.仿真结果表明,基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律解决了CMG奇异的问题并使得RW不陷入饱和,输出力矩误差较小,输出力矩能力强,能够应用于航天器大角度机动任务.

关键词：控制力矩陀螺(CMG)、飞轮(RW)、力矩输出能力最优化、操纵律、混合二次型

所属期刊栏目：42

分类号：V448.22(航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制)

资助基金：国家自然科学基金61973153

在线出版日期：2022-09-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：154-165