中国空间科学技术 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (5): 154-165.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0077
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倪瑞,华冰,张宏,吴云华,陈志明
NI Rui,HUA Bing,ZHANG Hong,WU Yunhua,CHEN Zhiming
摘要: 当航天器执行高动态敏捷机动或者姿态动态跟踪控制等任务时,常使用控制力矩陀螺(control moment gyroscope,简称CMG)和飞轮(reaction wheel,简称RW)构成的混合执行机构来提供大力矩。提出了基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律,从几何角度出发,给出了力矩输出能力最优的CMG框架角速度和RW角加速度,通过引入参数,并讨论参数的设置的最优,使得框架转速误差和输出力矩误差的混合二次型达到最小,保证了混合执行机构在输出力矩误差最小的情况下,力矩输出能力最优。以金字塔构型的CMG集群和正交的RW集群构成的混合执行机构为例,对基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律进行合理化分析,证明了引入参数的作用,并且证明了混合执行机构不存在CMG奇异情况。仿真结果表明,基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律解决了CMG奇异的问题并使得RW不陷入饱和,输出力矩误差较小,输出力矩能力强,能够应用于航天器大角度机动任务。