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建立相应挠组性的数字模型阐述

三轴稳定卫星由姿态测量、姿态控制器和执行机构三个主要部分组成。姿态敏感器测量到的卫星的姿态角和角速度经过控制算法的得到的控制量与期望姿态角做差作为姿态控制器的输入以形成控制指令,控制指令通过执行器后形成控制力矩来完成对卫星姿态的控制;执行机构为反作用飞轮,其原理结构如图1所示。

图1:三轴稳定卫星原理结构图

三轴稳定卫星原理结构图

帆板驱动机构驱动帆板的目的是带动电池阵转动并与其法线与太阳光射束重合,即对日定向,从而提高太阳电池的效率。对于不同卫星而言,它保持姿态稳定的方式是不同的,这就是太阳帆板对日定向的问题。

 

卫星在空间轨道中运行时,保持姿态稳定的方式一般可分为两种:对地定向和惯性定向。对地定向主要是用于通信,导航,气象等需要有效载荷面向地面的卫星;惯性定向主要是用在天文观测上,如太空望远镜。

 

太阳帆板的安装平面决定了控制方案的设计的难易程度,如果三轴稳定卫星的太阳帆板安装在垂直于轨道平面的位置上,卫星的控制要求即为帆板在帆板坐标系下以轨道角速度转动即可对日定向,与此同时卫星本体只要以同样的负轨道角速度匀速旋转即可对地定向,这样大大简化了控制系统设计的难度。

 

www.qg999.com,钱柜娱乐,钱柜娱乐999考虑到帆板驱动和系统不确定性引起的干扰,太阳帆板的对日定向运动对卫星姿态运动的影响非常明显,这主要包括两类问题:

1、太阳帆板是挠性附件,帆板旋转对日定向的同时挠性附件振动会引起系统各参数的摄动,其中系统的转动惯量阵参数变化的振幅高达25%,系统的模态频率参数变化的振幅也可以达到10%,而且太阳帆板和卫星之间运动产生的耦合系数阵的参数也是周期时变的,同时卫星姿态运动和帆板转动运动相互作用,影响效果明显。

 

2、目前的帆板驱动机构大部分以东莞电机作为驱动太阳帆板转动的驱动源,但是由步进电机产生的电磁力矩常常会含有大量的谐波成分这不仅会直接影响驱动机构驱动帆板对日定向的精度,还会间接影响烧性卫星姿态稳定控制的精度。具有单翼对日定向挠性太阳帆板的美国UARS卫星就是因为这一原因导致在轨运行时,在完成对地成像等航天任务时受到影响,引起姿态稳定性下降。

 

一般的数学模型虽然可以基本实现控制任务,但是控制效果不理想。对于第一类问题,由于帆板转速缓慢,挠性附件振动引起的系统各参数的摄动造成的影响虽然不会波及整个系统的稳定性,但是对控制系统性能要求的影响还是比较明显的。因此确保帆板转动时能够达到系统性能要求显得尤为重要,国内外的专家和学者对这方面也进行了较多的研究。