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《中国人民解放军国防科学技术大学》 2002年
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微小卫星姿态磁控制及三轴被动稳定研究

李太玉  
【摘要】: 从20世纪80年代美国军方提出了现代小卫星的概念以来,现代微小卫星技术发展非常迅速,微小卫星是目前航天器发展的一个重要方向。现代微小卫星具有重量轻、性能好、研制周期短、造价低等优点。现代小卫星可通过构成星座或进行编队飞行大大的提高了卫星的性能。作为现代微小卫星关键部分,现代微小卫星的姿态控制系统需具有结构简单、质量轻、工作时间长和可靠性高的特点。本文在国家高技术航天领域“863-2”基金资助下,对微小卫星姿态磁控制和三轴姿态被动稳定方法进行了系统的研究。 通过对卫星姿态动力学方程分析,得出卫星的势函数,结合卫星的势函数和角动量方程导出各姿态之间变化关系,提出利用地磁场实现偏置动量轮卫星姿态稳定的控制规律。 通过对在轨卫星地磁场强度的变化规律分析,将卫星磁力矩器产生的磁矩按富利哀级数展开,根据卫星所需卸载角动量大小,按照最优控制理论求出三轴磁矩取值,得到一种新的利用地磁场给飞轮卸载的方法。 根据磁力矩在地磁场中的定向阻尼特性,提出了磁控重力梯度卫星和携带阻尼器的非重力梯度姿态控制规律,根据地磁场强度变化规律选择控制系数,提高卫星的姿态控制精度。 根据地磁力矩定向阻尼特性和线性叠加理论,提出仅用磁力矩器实现对地指向卫星三轴姿态稳定的控制规律。 结合李亚普诺夫方法和模糊控制理论实现微小卫星姿态磁控制。通过构造李亚普诺夫函数得出切变流形函数,得到一种开关控制,利用模糊控制克服了常规开关控制所固有的抖振现象。 通过对卫星地磁场和微分Riccati方程进行近似处理,给出有外界扰动和结构化摄动圆轨道卫星系统的H_∞磁姿态控制规律。 通过对卫星姿态动力学方程分析,给出如何利用环境力矩实现微小卫星三轴姿态被动稳定,并提出三种利用环境力矩实现微小卫星三轴姿态被动稳定方案,即一种利用气动力矩和重力梯度实现微小卫星三轴姿态被动稳定方案和两种利用重力梯度和地磁力矩实现微小卫星三轴姿态被动稳定方案,对采用这三种方案的卫星的姿态运动进行详细分 国防科技大学研究生院学位论文 析。
【学位授予单位】:中国人民解放军国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:V448.22

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 李太玉;张育林;;基于磁力矩定向阻尼特性的卫星姿态磁控制[J];上海航天;2005年06期
2 李太玉;张育林;;根据线性迭加理论实现微小卫星姿态磁控制[J];上海航天;2006年01期
3 李太玉;张育林;;基于切变流形函数和模糊控制的微小卫星姿态磁控制[J];上海航天;2006年02期
4 李太玉;张育林;;基于H_∞理论的微小卫星姿态磁控制[J];上海航天;2006年03期
5 李太玉;张育林;;基于能量最优解析解的飞轮磁卸载方法[J];上海航天;2006年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 边惠惠;刚体姿态控制驱动器失效补偿研究[D];济南大学;2011年
2 胡应东;基于通用GIS的SINS/MM/GM组合导航技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 李爽;偏置动量重力梯度卫星主动段磁控技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 杨艳;小卫星磁控系统设计仿真研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2006年
5 徐乐;主动磁控小卫星自抗扰姿态控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
6 谢祥华;微小卫星姿态控制系统研究[D];南京航空航天大学;2007年
7 祝淼;基于对偶四元数的编队飞行卫星螺旋修正算法研究[D];南京航空航天大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 陈立群;任意椭圆轨道上磁性航天器姿态运动中的混沌及其控制[J];鞍山科技大学学报;2003年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈松;魏慧娟;袁春风;陈天锡;;建立城市暴雨致洪防汛标准模式研究[A];经济策论(下)[C];2011年
2 王鹏;张迎春;;基于星敏感器/红外地平仪的自主导航方法研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 张娴;程月华;姜斌;;基于滑模观测器和变结构控制的小卫星姿态控制系统设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 李鹏;段广仁;宋申民;;基于MIMU/CCD的对接与分离地面物理平台相对测量系统设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
5 胡绍林;KARL Meinke;;N体航天器姿态运动的动态-测量系统建模与应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
6 丁世宏;李世华;陈熙源;;基于非光滑控制技术的挠性飞行器姿态镇定[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
7 严玲玲;李少远;;高超声速飞行器的预测控制和可视化仿真[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
8 高照照;杨慧;王东;郝文宇;王庆华;李美红;;导航卫星太阳光压任务分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
9 陈宏宇;吴会英;袁明;;影响导航伪距测量的卫星参数和处理方法[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
10 袁莉芳;杨慧;定宇;罗耀辉;米红;;静止轨道卫星姿态偏置对天线方向图及卫星性能的影响分析[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S03精密定轨与精密定位[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 侯婷;离散时间Markov跳变系统的稳定性与鲁棒H_2/H_∞控制[D];山东科技大学;2010年
2 周平;柔体动力学初值问题拟变分原理及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 胡爱花;混沌同步的有关问题研究[D];江南大学;2010年
4 石善斌;静止轨道多星共位技术研究[D];解放军信息工程大学;2009年
5 吴定会;风能转换系统的分析、控制与优化方法研究[D];江南大学;2010年
6 李康乐;雷达目标微动特征提取与估计技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
7 李金梁;箔条干扰的特性与雷达抗箔条技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
8 贾辉;高精度星敏感器星点提取与星图识别研究[D];国防科学技术大学;2010年
9 张志锋;感应电机无速度传感器直接转矩控制关键技术研究[D];沈阳工业大学;2010年
10 胡庆;高层电梯垂直运动的鲁棒控制策略研究[D];沈阳工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵大为;空间热循环和辐照环境对LF6铝合金焊接组织及性能的影响[D];河南理工大学;2010年
2 廖家平;基于光电传感器的智能焊缝跟踪系统的研究[D];南昌航空大学;2010年
3 李娜;基于神经网络的非线性系统H_∞控制[D];广西师范学院;2010年
4 涂志松;使用JESS开发基于Web的中医诊断专家系统研究[D];郑州大学;2010年
5 刘琪;正态云模型模糊推理系统及其应用研究[D];郑州大学;2010年
6 胡扬超;基于模糊自适应PID压铸机控制系统的研制[D];郑州大学;2010年
7 黄丹;零航速下襟翼鳍升力建模与控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 马宏男;高速水下航行体半实物实时仿真系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 郝云雷;基于外磁场驱动的微型管道机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 阮晓燕;胶囊机器人空间万向旋转磁场驱动控制方法[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王梓,戈新生;基于最优控制的刚体航天器姿态控制研究[J];北京机械工业学院学报;2002年03期
2 耿延睿,王养柱,崔中兴;捷联惯导系统划船效应补偿算法研究[J];北京航空航天大学学报;2001年06期
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4 戴彦;申彦春;王金红;;FPGA在小卫星姿态控制系统中的应用[J];电光与控制;2009年07期
5 高丙团;陈宏钧;张晓华;;欠驱动机械系统控制设计综述[J];电机与控制学报;2006年05期
6 刘海颖;王惠南;陈志明;叶伟松;;基于(w,z)参数化的欠驱动微小卫星姿态再定位控制[J];动力学与控制学报;2008年01期
7 屈耀红,邢小军,闫建国,潘泉;联合卡尔曼滤波在无人机组合导航中的应用[J];飞行力学;2004年04期
8 王美仙;李明;张子军;;飞行器控制律设计方法发展综述[J];飞行力学;2007年02期
9 隋起胜;袁建平;姜宇;;重力梯度力矩引起的自旋稳定卫星姿态摄动[J];飞行器测控学报;2011年05期
10 林原,李俊峰;重力梯度稳定卫星伸展动力学研究[J];工程力学;2002年05期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 钱勇;高精度三轴稳定卫星姿态确定和控制系统研究[D];西北工业大学;2002年
2 张玉锟;卫星编队飞行的动力学与控制技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
3 韩邦成;单轴飞轮储能/姿态控制系统的仿真及其实验研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
4 武元新;对偶四元数导航算法与非线性高斯滤波研究[D];国防科学技术大学;2005年
5 冷雪飞;基于图像特征的景象匹配辅助导航系统中的关键技术研究[D];南京航空航天大学;2007年
6 蒋方华;航天器编队飞行相对运动研究[D];清华大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梁海朝;编队卫星的姿态协同控制与输入时延的补偿方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 柏林;三轴稳定卫星姿态确定和姿态控制系统研究[D];西北工业大学;2001年
3 李佳宁;组合导航系统中的数据融合技术[D];哈尔滨工程大学;2002年
4 陈懿;基于DSP技术的皮卫星姿态控制系统的设计与实现[D];浙江大学;2005年
5 吴霞;小卫星编队飞行队形控制与仿真[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2006年
6 刘侃;动量矩可偏置磁悬浮动量轮结构设计[D];国防科学技术大学;2005年
7 晏登洋;惯性/地磁组合导航技术研究[D];西北工业大学;2007年
8 王晓迪;捷联惯导系统导航算法研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 谢祥华;微小卫星姿态控制系统研究[D];南京航空航天大学;2007年
10 叶修松;重力梯度力矩姿控方法研究[D];解放军信息工程大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 沈国权;王昊;郭振东;金仲和;;面向微小卫星的红外静态焦平面地球敏感器设计[J];传感技术学报;2012年05期
2 郭振东;王昊;应鹏;王俊;金仲和;;面向微小卫星的可见光地球敏感器设计[J];传感技术学报;2012年10期
3 吕灵灵;马强;;控制理论在卫星姿态控制中的应用[J];华北水利水电学院学报;2012年01期
4 秦继荣;武利强;;LOS稳定系统H_∞优化设计[J];火力与指挥控制;2007年04期
5 郝东;绳涛;陈小前;;三轴磁强计测量误差修正方法[J];航天器环境工程;2011年05期
6 郭延宁;李传江;马广富;;基于LQR的小卫星磁姿态控制设计[J];空间控制技术与应用;2008年05期
7 丁玉叶;兰盛昌;华伊;李梦立;潘瑞;徐国栋;;小卫星PD姿态控制器IP核的FPGA实现[J];哈尔滨工业大学学报;2012年09期
8 张利宾;杨旭;杨涤;;三轴稳定微小卫星主动磁阻尼姿态控制[J];上海航天;2008年06期
9 钱山;张士峰;蔡洪;;纯磁控微小卫星的姿态捕获控制研究[J];宇航学报;2011年01期
10 刘海颖;王惠南;程月华;;主动磁控微卫星姿态控制[J];应用科学学报;2007年04期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 黄浦;自抗扰控制技术在航空相机镜筒控制系统中的应用研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
2 贺亮;基于参数依赖Lyapunov函数的多目标优化理论及应用[D];哈尔滨工业大学;2007年
3 管志敏;自抗扰控制技术在大型火电机组控制系统中的应用研究[D];华北电力大学(北京);2010年
4 周黎妮;考虑动量管理和能量存储的空间站姿态控制研究[D];国防科学技术大学;2009年
5 陈霞;反作用飞轮非理想电磁力矩抑制及其测量方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 王晓明;特定功能结构的拓扑优化[D];大连理工大学;2010年
7 任迪;三轴气浮台气体球轴承静态特性及涡流力矩的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 杜丽敏;基于力矩陀螺的高分敏捷小卫星姿态机动控制研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王喆鑫;基于滑模变结构的火星探测器姿态控制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 李爽;偏置动量重力梯度卫星主动段磁控技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 王涛;预警卫星前馈+H_∞回路成形复合控制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 郝东;微小卫星姿态确定与磁控技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
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6 杨维维;快速机动小卫星总体设计及控制技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
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8 刘望;卫星太阳翼空间在轨飞行中的变形分析[D];国防科学技术大学;2008年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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3 周义;郁清安;;如日中天的微小卫星[J];国防科技;2001年07期
4 今山;;小卫星,微小卫星[J];科学之友;1999年03期
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6 徐信,孙涤清;“清华一号”微小卫星[J];航天技术与民品;2000年06期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 刘一薇;;低精度小型惯性组合在微小卫星上的应用研究[A];2003年惯性仪表与元件学术交流会论文集[C];2003年
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5 李书科;张学忠;;微小卫星星用收发通信模块[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
6 张晓燕;季林红;孙智民;侯悦民;;微型卫星动力学特性的有限元分析[A];第八届全国振动理论及应用学术会议论文集摘要[C];2003年
7 贾文奎;陈肇新;王晓霆;张奇;;微小卫星三轴磁力矩器[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议论文集(下册)[C];2006年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
1 海特;打造微小卫星产业基地[N];中国航天报;2010年
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3 高路;伴飞小卫星将给神七空中“照相”[N];新华每日电讯;2008年
4 记者 宋丽芳 陈全育;微小卫星产学研基地落户深圳[N];中国航天报;2009年
5 新华社记者 江涛 人民日报记者 温红彦;巡天遥看一千河[N];新华每日电讯;2000年
6 记者 王洪山、李宣良;我国将发射50多颗小卫星[N];人民日报;2006年
7 记者 傅振国;“航天清华一号”微小卫星发射成功[N];人民日报海外版;2000年
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9 黄志澄;微小卫星:出奇制胜“轻骑兵”[N];大众科技报;2006年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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4 苏抗;微小卫星低可观测关键技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
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6 姚敏;微小卫星智能化星务系统关键技术研究[D];南京航空航天大学;2008年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王军武;基于GPS的微小卫星定姿及定轨研究[D];西北工业大学;2002年
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4 陈靖;天巡一号微小卫星正样星结构设计与力学环境试验研究[D];南京航空航天大学;2012年
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7 李丹;软件测控应答机的初步研究[D];浙江大学;2006年
8 孙文峰;星载伪码测距系统研究与设计[D];浙江大学;2006年
9 陈浩杰;面向微小卫星的Smart-OSEK OS设计与实现[D];浙江大学;2013年
10 徐燕;微小卫星三轴稳定姿态控制系统设计[D];南京航空航天大学;2005年
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