采用飞轮的航天器集成能量与姿态控制系统研究

摘要

研究航天器集成能量与姿态控制系统(IPACS)中飞轮的控制律问题.首先给出了基于李亚普诺夫方法设计的航天器姿态跟踪控制律,然后重点研究了两种力矩形式的飞轮控制律:基于投影矩阵的控制律和基于奇异值分解的控制律.上述两种控制律用不同的方法将飞轮组的控制力矩向量分解为相互正交的三部分,一部分用于提供姿态控制力矩,一部分使飞轮以给定的功率储/放能,另一部分则用来进行动量管理,以调节各飞轮的相对转速,减小由于转速差过大引起飞轮饱和的可能性.两种控制律都可有效地实现IPACS的三种功能,且实现了飞轮组控制力矩指令的分离.此外用反馈动能的方法对日照期间飞轮组的储能功率进行了规划,避免由于能量过剩引起的飞轮饱和,保证系统长期工作的能量平衡.数值仿真算例证明了控制算法的有效性.