卫星姿态与太阳帆板驱动耦合动力学研究

摘要

本文利用多柔体系统动力学方法对大型太阳帆板的转动过程进行了以下研究：首先利用第一类Lagrange方程建立了多柔体系统的动力学模型，并建立了速度意义下的约束方程，方程的最终表现形式为微分/代数混合方程组。其次详细地阐述了步进电机的工作原理，并给出了用于仿真的数学模型。最后，将多柔体系统动力学方程和步进电机驱动力矩方程描述的数学模型在ADAMS中进行建模仿真。通过数值仿真详细地分析了在忽略帆板弹性振动时步进电机在不同的输出力矩和不同的阻尼作用下，太阳帆板转动角、星体姿态角的变化趋势；接着分析了考虑太阳帆板的弹性振动下，帆板的转动角、星体姿态角的变化。还分析了步进电机非正常工作条件下，帆板转角和星体姿态角的运动历程。通过数值仿真验证了方法的可行性、正确性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题的来源、目的和意义

1.1.1课题的来源

1.1.2课题的目的和意义

1.2国内外多柔体动力学的研究现状

1.2.1国外多柔体动力学的研究现状及分析

1.2.2国内多柔体动力学的研究现状及分析

1.3本文的研究内容及方法

1.3.1本文的研究内容

1.3.2本文的研究方法

1.4本文的主要工作

第2章系统的动力学建模与分析

2.1系统动力学方程的建立

2.1.1柔性体部分的动力学方程的建立

2.1.2刚体部分的动力学方程的建立

2.2系统约束方程

2.3系统的运动学方程

2.4系统的外力方程和自定义代数微分方程

2.5动力学建模方法与仿真方案的可行性

2.6本章小结

第3章柔性太阳帆板步进电机驱动系统的设计

3.1步进电机工作原理及其驱动技术

3.1.1结构与工作原理

3.1.2步进电机驱动器

3.1.3步进电机特性及主要技术参数

3.1.4步进电机选择的具体实例

3.2步进电机驱动系统设计实例

3.2.1驱动方案的设计

3.2.2驱动设计方案的分析

3.3步进电动机的选择

3.4本章小结

第4章步进电机驱动太阳帆板系统动力学仿真分析

4.1仿真初始条件

4.1.1质量特性

4.1.2太阳帆板动力学特性

4.2日照区正常工作状态仿真分析

4.2.1步进电机驱动特性仿真分析

4.2.2太阳帆板弹性振动对星体姿态的影响

4.3从阴影区到日照区的连续机动过程仿真分析

4.4步进电机故障模式仿真

4.5本章小结

结论

参考文献

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致谢