上面级轨道转移段姿态控制技术

doi:10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.006

中国空间科学技术 ›› 2014, Vol. 34 ›› Issue (5): 41-48,55.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.006

上面级轨道转移段姿态控制技术

王召辉¹, 金磊¹, 贾英宏¹, 段佳佳²

（1北京航空航天大学，北京100191）（2上海航天控制技术研究所，上海100048）

收稿日期:2014-02-18 修回日期:2014-05-16 出版日期:2014-10-25 发布日期:2014-10-25
作者简介:王召辉 1990年生，2012年毕业于沈阳理工大学探测制导与控制技术专业，现为北京航空航天大学飞行器设计专业博士研究生。研究方向为航天器姿态动力学与控制。

Attitude Control Technology of Upper Stage During Orbital Transfer

WANG Zhao-Hui¹, JIN Lei¹, JIA Ying-Hong¹, DUAN Jia-Jia²

(1BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191)
(2ShanghaiInstituteofAerospaceControlTechnology，Shanghai100048)

Received:2014-02-18 Revised:2014-05-16 Published:2014-10-25 Online:2014-10-25

摘要/Abstract

摘要： 由于姿态与轨道运动的耦合，以及制导系统确定的发动机推力矢量方向不通过系统质心所引起的干扰力矩，火箭上面级轨道转移段的姿态运动会受到很大的干扰，为此，研究了利用轨控矢量发动机主动摇摆和滚转姿控发动机喷气的上面级姿态控制技术。首先，利用凯恩方程建立包括上面级本体、发动机旋转支架以及矢量发动机的系统多体动力学方程，推导了矢量发动机工作时偏心引起的干扰力矩和推力矢量控制中矢量发动机的摆角计算公式，利用矢量发动机主动摇摆和滚转姿控发动机喷气控制上面级的姿态。其次，基于变结构控制方法，设计了上面级轨道转移段的姿态控制律，使得上面级轨道转移期间姿态控制的精度达到了10^-3级别，且矢量发动机推力矢量既为制导指令方向又通过系统质心，减小了矢量发动机对上面级的干扰力矩。最后，进行了数值仿真，仿真算例结果验证了控制律的可行性。

关键词: 变结构控制, 矢量发动机, 轨道转移, 姿态控制

Abstract: A method which providing three-axis attitude control by the gimbaled thruster gimbal and yaw attitude control thruster was proposed. Firstly, the multi-body dynamics equations with the upper stage body, gimbaled thruster and gimbal support were built based on the Kane equation. The gimbaled thruster′s disturbance torque and gimbal angle formulas when the gimbaled thruster working were derived. Sceondly, the upper stage attitude control law was designed based on the variable structure control law, that not only achieved 10^-3 atttiude control precision, but allowed the gimbaled thruster′s thrust direction achieve the direction determined by the guidance system as well as was via the mass center of upper stage. Finally, the validity of the proposed method was verified by numerical simulations.

Key words: Variable structure control, Gimbaled thruster, Orbital transfer, Attitude control

王召辉, 金磊, 贾英宏, 段佳佳. 上面级轨道转移段姿态控制技术[J]. 中国空间科学技术, 2014, 34(5): 41-48,55.

WANG Zhao-Hui, JIN Lei, JIA Ying-Hong, DUAN Jia-Jia. Attitude Control Technology of Upper Stage During Orbital Transfer[J]. Chinese Space Science and Technology, 2014, 34(5): 41-48,55.

导出引用管理器 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

链接本文: https://journal26.magtechjournal.com/kjkxjs/CN/10.3780/j.issn.1000-758X.2014.05.006

https://journal26.magtechjournal.com/kjkxjs/CN/Y2014/V34/I5/41

[1]	张洪华, 关轶峰, 李骥, 于洁, 陈尧, 王志文, 张晓文, 张录晨, 李林峰, 孙国健, 王振华, 郭敏文, 李晓锋, 高锡珍. 嫦娥六号环月飞行双环容错姿态控制[J]. 中国空间科学技术, 2024, 44(5): 15-22.
[2]	雷拥军, 陆栋宁, 袁利, 陈超. 一种适应卫星姿态侧摆机动的混合轮系控制方法[J]. 中国空间科学技术, 2024, 44(3): 111-119.
[3]	鄢南兴, 林喆, 刘雅宁, 于飞, 王淳, 康建兵. 卫星光轴复合指向控制方法研究[J]. 中国空间科学技术, 2021, 41(3): 114-122.
[4]	雷拥军, 袁利, 刘其睿, 刘洁. 2-SGCMGs与磁力矩器的对地姿态混合控制方法[J]. 中国空间科学技术, 2021, 41(1): 75-83.
[5]	耿飞龙, 李爽, 黄旭星, 杨彬, 常建松, 林波. 基于深度神经网络的航天器姿态控制系统故障诊断与容错控制研究[J]. 中国空间科学技术, 2020, 40(6): 1-12.
[6]	张科备, 高晶敏, 关新, 郭子熙. 可变构型的控制力矩陀螺控制方法[J]. 中国空间科学技术, 2020, 40(6): 23-32.
[7]	周敬, 胡军. 平动点周期轨道间小推力转移的Gauss伪谱法[J]. 中国空间科学技术, 2020, 40(5): 42-52.
[8]	吴佳奇, 康国华, 华寅淼, 张晗, 张琪. 组合体航天器智能协同姿态控制研究[J]. 中国空间科学技术, 2020, 40(4): 44-53.
[9]	杨博, 朱一川, 魏延明, 樊子辰. 折叠式变体飞行器轨迹优化及控制分析[J]. 中国空间科学技术, 2020, 40(3): 64-75.
[10]	徐影, 张进, 于沫尧, 许丹丹. 多星近距离绕飞观测任务姿轨耦合控制研究[J]. 中国空间科学技术, 2019, 39(6): 21-.
[11]	杨驰航, 刘江凯, 龙龙 , 宋欢, 李龙, 朱凌超, 叶炳旭, 陈泓儒, 张皓. 月球立方星姿态控制系统的初步设计与测试[J]. 中国空间科学技术, 2019, 39(4): 28-.
[12]	王月娇, 马钟, 杨一岱, 王竹平, 唐磊. 基于深度增强学习的卫星姿态控制方法[J]. 中国空间科学技术, 2019, 39(4): 36-.
[13]	张恒浩, 唐庆博, 焉宁, 陈春燕, 郑正路. 挠性航天器智能模糊控制算法[J]. 中国空间科学技术, 2018, 38(4): 36-43.
[14]	张科备, 王大轶, 汤亮, 王有懿. 基于观测器的平台无陀螺姿态复合控制[J]. 中国空间科学技术, 2017, 37(6): 24-.
[15]	冯佳佳. 一种卫星快速姿态机动及稳定控制方法[J]. 中国空间科学技术, 2017, 37(4): 34-40.

上面级轨道转移段姿态控制技术

Attitude Control Technology of Upper Stage During Orbital Transfer

PDF (PC)

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价