一种利用零运动避免单框架控制力矩陀螺群框架轴转速死区的方法，本发明专利技术涉及航天器姿态控制技术领域。本发明专利技术是要解决由SGCMG框架轴的最小转速引起的力矩输出误差大、控制精度低的问题。步骤一、产生指令力矩Tc所需要的SGCMGs框架轴转速与零运动的表达式；步骤二、利用奇异值分解方法求取零空间的基底；步骤三、选取优化指标H；步骤四、令H取极小值，求取零空间基底坐标组成的列阵a的单位方向步骤五、求取基底坐标组成的列阵a的幅值a；步骤六、构造零空间基底坐标组成的列阵a的翻转策略；步骤七、根据已经求出的坐标值a与步骤六构造的a的翻转策略求出SGCMGs的零运动本发明专利技术应用于航天器姿态控制技术领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天器姿态控制
，具体涉及一种利用零运动避免单框架控制力矩陀螺群转速死区的方法。
技术介绍
卫星姿态的快速机动需要能够提供精确的连续力矩的执行机构，而单框架控制力矩陀螺(SGCMG)凭借其寿命长、产生力矩大、能够提供连续力矩等优点已经成为了快速机动卫星的首选执行机构。SGCMG通过框架轴的转动来改变转子角动量的方向，从而产生控制力矩，通常情况SGCMG框架轴存在最小转速，即当指令框架角速度小于最小转速时，SGCMG框架轴转速为O。由于SGCMG对力矩的放大作用，很小的框架角速度死区会产生很大的控制力矩误差，这部分力矩误差会导致卫星的控制精度急剧下降，因此需要设法消除由于框架轴死区转速带来的影响，由于冗余等问题导致成本高，通常卫星携带的SGCMG数量大于3个，在单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)未陷入奇异时会存在零运动，框架轴的零运动不会影响卫星产生的力矩。
技术实现思路
本专利技术是要解决由SGCMG框架轴的最小转速引起的力矩输出误差大、控制精度低的问题，提出。利用零运动避免单框架控制力矩陀螺群框架轴转速死区的方法具体过程如下:步骤一、产生指令力矩T。所需要的SGCMGs框架轴转速^与零运动七的表达式:A1 (AA1T1T + {ε -Ατ {ΑΑ A)d,\、(I) δκ=\Εη-Ατ{ΑΑτ) Ajd式中，A为SGCMGs的雅克比矩阵，由SGCMGs的安装形式决定，^ = 7是由SGCMGs框架角转速组成的η维列阵，η是大于3的整数；式中，忽是η维列阵，代表SGCMGs零运动的大小，<存在与否不影响SGCMGs输出力矩大小，En是η维的单位矩阵，d是由任意常值组成的η维列阵，d决定了 SGCMGs零运动的大小与方向；步骤二、利用奇异值分解方法求取零空间的基底；步骤三、以SGCMGs的零运动远离O为原则，选取优化指标H ；步骤四、令H取极小值，求取零空间基底坐标组成的列阵a的单位方向0;步骤五、以每个元素都大于最小转速式m为原则，求取零空间基底坐标组成的列阵a的幅值a ；步骤六、构造零空间基底坐标组成的列阵a的翻转策略；步骤七、根据已经求出的坐标值a与步骤六构造的a的翻转策略求出SGCMGs的零运动4r;根据a求取d的值，具体表达式为权利要求1.，其特征在于利用零运动避免单框架控制力矩陀螺群框架轴转速死区的方法具体过程如下: 步骤一、产生指令力矩T。所需要的SGCMGs框架轴转速^与零运动I的表达式:2.根据权利要求1所述的，其特征在于求取步骤二所述的零空间基底的具体求取过程为: 利用奇异值分解方法将雅克比矩阵A表示成如下形式: A = USV (4) 式中，V为nXn的矩阵，其各行对应AtA的特征向量，U是3X 3的酉矩阵，其各列对应AAt的特征向量，S为3Χη的矩阵，具体表达式如下:3.根据权利要求1所述的，其特征在于步骤三中选取优化指标H过程为: 以SGCMGs中的每一个SGCMG的零运动都尽量远离O为原则，选取优化指标H，H的表达式为4.根据权利要求1所述的，其特征在于步骤四中求取基底坐标组成的列阵a的单位方向 具体过程为: 令B=FpCC7FJ，应用拉格朗日乘子法，构造拉格朗日函数5.根据权利要求1所述的，其特征在于步骤五求取基底坐标组成的列阵a的幅值a的具体过程为: A、为了SGCMGs的避免转速死区，零运动需要满足的约束条件，具体表达式如下:6.根据权利要求1所述的，其特征在于步骤六所述的零空间基底坐标组成的列阵a的翻转策略为: 给中元素幅值设定一个最小值m，如果初始时刻min|F/fl|<w，令a = -a,即翻转零空间基底坐标方向；零空间基底坐标方向每经过一次翻转后，如果满足条件(1)，则需要再次进行翻转，条件(I)的具体内容为:min|K>|在零空间基底坐标方向翻转后的运动过程中，某一时刻能够满足> W + / ,并且在这一时刻之后，如果min|F/ | < w ,则再次对零空间基底坐标方向进行翻转，h为适当的正值； min是一个运算符号，min (x)表示取列阵x中元素的最小值。全文摘要，本专利技术涉及航天器姿态控制
本专利技术是要解决由SGCMG框架轴的最小转速引起的力矩输出误差大、控制精度低的问题。步骤一、产生指令力矩Tc所需要的SGCMGs框架轴转速与零运动的表达式；步骤二、利用奇异值分解方法求取零空间的基底；步骤三、选取优化指标H；步骤四、令H取极小值，求取零空间基底坐标组成的列阵a的单位方向步骤五、求取基底坐标组成的列阵a的幅值a；步骤六、构造零空间基底坐标组成的列阵a的翻转策略；步骤七、根据已经求出的坐标值a与步骤六构造的a的翻转策略求出SGCMGs的零运动本专利技术应用于航天器姿态控制
文档编号G05D1/08GK103235515SQ20131014811公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日专利技术者耿云海, 侯志立, 李诚良 申请人:哈尔滨工业大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用零运动避免单框架控制力矩陀螺群框架轴转速死区的方法，其特征在于利用零运动避免单框架控制力矩陀螺群框架轴转速死区的方法具体过程如下：步骤一、产生指令力矩Tc所需要的SGCMGs框架轴转速与零运动的表达式：δ·=AT(AAT)-1Tc+(En-AT(AAT)-1A)dδ·N=(En-AT(AAT)-1A)d---(1)式中，A为SGCMGs的雅克比矩阵，由SGCMGs的安装形式决定，是由SGCMGs框架角转速组成的n维列阵，n是大于3的整数；式中，是n维列阵，代表SGCMGs零运动的大小，存在与否不影响SGCMGs输出力矩大小，En是n维的单位矩阵，d是由任意常值组成的n维列阵，d决定了SGCMGs零运动的大小与方向；步骤二、利用奇异值分解方法求取零空间的基底；步骤三、以SGCMGs的零运动远离0为原则，选取优化指标H；步骤四、令H取极小值，求取零空间基底坐标组成的列阵a的单位方向步骤五、以每个元素都大于最小转速为原则，求取零空间基底坐标组成的列阵a的幅值a；步骤六、构造零空间基底坐标组成的列阵a的翻转策略；步骤七、根据已经求出的坐标值a与步骤六构造的a的翻转策略求出SGCMGs的零运动根据a求取d的值，具体表达式为d=VT03×1a---(2)式中，03×1为3×1的零矩阵；根据d与式(1)可以求出将式(2)带入式(1)可以得到的表达式为δ·N=(En-AT(AAT)-1A)VT03×1a---(3)式中，V为n×n的矩阵，V是对A进行奇异值分解得到酉矩阵，其各行对应ATA的特征向量。FDA00003104689300011.jpg,FDA00003104689300012.jpg,FDA00003104689300014.jpg,FDA00003104689300015.jpg,FDA00003104689300016.jpg,FDA00003104689300017.jpg,FDA00003104689300018.jpg,FDA00003104689300019.jpg,FDA000031046893000110.jpg,FDA000031046893000112.jpg,FDA000031046893000113.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：耿云海，侯志立，李诚良，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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