衛(wèi)星快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中SGCMG奇異規(guī)避方法研究

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1、博士學(xué)位論文衛(wèi)星快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中ＳＧＣＭＧ奇異規(guī)避方法研究ＲＥＳＥＡＲＣＨＯＮＳＧＣＭＧＳＩＮＧＵＬＡＲＩＴＹＡＶＯＩＤＡＮＣＥＭＥＴＨＯＤＦＯＲＳＡＴＥＬＬＩＴＥＲＡＰＩＤＡＴＴＩＴＵＤＥＭＡＮＥＵＶＥＲ侯志立哈爾濱工業(yè)大學(xué)２０１７年１２月國內(nèi)圖書分類號(hào)：Ｖ４４８．２學(xué)校代碼：１０２１３國際圖書分類號(hào)：６２９．７８密級(jí)：公開工學(xué)博士學(xué)位論文衛(wèi)星快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中ＳＧＣＭＧ奇異規(guī)避方法研究博士研究生：侯志立導(dǎo)師：耿云海教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：航空宇航科學(xué)與技術(shù)所

2、在單位：衛(wèi)星技術(shù)研究所２０１７１２答辯日期：年月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ＣｌａｓｓｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘ：Ｖ４４８．２Ｕ．Ｄ．Ｃ：６２９．７８ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＤｏｃｔｏｒａｌＤｅｒｅｅｉｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｇＲＥＳＥＡＲＣＨＯＮＳＧＣＭＧＳＩＮＧＵＬＡＲＩＴＹＡＶＯＩＤＡＮＣＥＭＥＴＨＯＤＦＯＲＳＡＴＥＬＬＩＴＥＲＡＰＩＤＡＴＴＩＴＵＤＥＭＡＮＥＵＶＥＲＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＨｏｕＺｈｉｌｉＳｕｅｒｖｉｓｏｒ．ｐ：ＰｒｏｆＧｅｎｇＹｕｎｈａｉＡｃａｄｅ

3、ｍｉｃＤｅｇｒｅｅＡｐｐｌｉｅｄｆｏｒ：ＤｏｃｔｏｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｅｃｉａｌｔｙ：ＡｅｒｏｓａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｐｐｇｙＡｆｆｉｌｉａｔｉｏｎ：ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＳａｔｅｌｌｉｔｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤａｔｅｏｆＤｅｆｅｎｃｅ：Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２０１７，Ｄｅｒｅｅ－Ｃｏｎｆｅｒｒ－ｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ：ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｇｇｙ摘要摘要針對(duì)低軌成像衛(wèi)星需要對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行快速捕獲與拍照的需求，本文對(duì)衛(wèi)

4、星快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)過程中ＳＧＣＭＧ奇異規(guī)避方法進(jìn)行研究，主要完成以下的內(nèi)容：為了對(duì)ＳＧＣＭＧ的奇異問題進(jìn)行分析，本文首先將平均曲率引入到奇異面類型的判定中，簡(jiǎn)化了奇異面的判定條件，為后續(xù)對(duì)奇異面邊界的分析提供了理論基礎(chǔ)。特別地，對(duì)于由四個(gè)ＳＧＣＭＧ組成的系統(tǒng)，分析并給出了特定角動(dòng)量軌跡對(duì)應(yīng)的框架角空間解的形式，并以此為依據(jù)，將初始框架角所在區(qū)域劃分為可規(guī)避區(qū)域和不可規(guī)避區(qū)域兩種，并在后續(xù)分別針對(duì)這兩種情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的操縱律。對(duì)于初始框架角處于可規(guī)避區(qū)域的情況，以框架角速度的二次型關(guān)于時(shí)間的積分為指標(biāo)，應(yīng)用變分法原理，推導(dǎo)了具有解析表

5、達(dá)式的全局奇異規(guī)避操縱律一組最優(yōu)的初始框架。應(yīng)用該操縱律僅需要根據(jù)已知的參考角動(dòng)量軌跡計(jì)算角速度即可，所需計(jì)算量很小，解決了以往全局奇異規(guī)避操縱律不存在解析解且所需計(jì)算量大的問題。針對(duì)實(shí)際角動(dòng)量軌跡與參考角動(dòng)量軌跡不完全相等的一問題，設(shè)計(jì)了種跟蹤參考框架角軌跡的狀態(tài)反饋操縱律，使得所設(shè)計(jì)的全局奇異規(guī)避操縱律能夠應(yīng)用在實(shí)際的姿態(tài)控制系統(tǒng)中。當(dāng)初始框架角處于不可規(guī)避區(qū)域時(shí)，對(duì)于特定的角動(dòng)量軌跡，無法在不引入力矩誤差的情況下應(yīng)用全局奇異規(guī)避操縱律。針對(duì)該問題，對(duì)ＳＧＣＭＧ的參考角動(dòng)量軌跡進(jìn)行重新規(guī)劃，確保在不引入力矩誤差的情況下規(guī)避奇異

6、狀態(tài)。一首先，提出種基于兩次轉(zhuǎn)動(dòng)的姿態(tài)參數(shù)，并根據(jù)該姿態(tài)參數(shù)的特性，規(guī)劃出一條位于錐面上的參考角速度軌跡。通過改變本體系與目標(biāo)系的定義來改變參考角速度所在錐面的參數(shù)，從而拓寬了參考角速度軌跡的選擇范圍。最后，給出錐面參數(shù)的選取方法，以確保ＳＧＣＭＧ的角動(dòng)量軌跡不會(huì)遇到奇異狀態(tài)。然而，并非對(duì)于所有處于不可規(guī)避區(qū)域的初始框架角，都存在能夠規(guī)避奇一異狀態(tài)的參考軌跡。針對(duì)這種情況，本文設(shè)計(jì)了種能夠快速脫離奇異狀態(tài)的一操縱律，解決了傳統(tǒng)奇異脫離操縱律無法保證脫離速度、甚至無法保證定能夠脫離奇異的問題。首先，給出并證明了奇異面的邊界條件，；隨

7、后對(duì)陷入奇異狀態(tài)后的指令力矩進(jìn)行修改，確保ＳＧＣＭＧ角動(dòng)量能夠快速到達(dá)距離最近的邊界點(diǎn)，設(shè)計(jì)了能夠在奇異狀態(tài)附近精確輸出指令力矩的操縱律。；最后關(guān)鍵詞：?jiǎn)慰蚣芸刂屏赝勇?；奇異?guī)避；操縱律；姿態(tài)機(jī)動(dòng)；姿態(tài)軌跡規(guī)劃－Ｉ－哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｆｏｒｒａｐｉｄａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｈｏｔｏｒａｈｉｎｔａｒｅｔｏｉｎｔｓｐｇｐｇｇｐｆｏｒｔｈｅｌｏｗｏｒｂｉｔｉｍａｇｉｎｇｓａｔｅｌｌｉｔｅ，ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｓｔｕｄｉ

8、ｅｓｔｈｅＳＧＣＭＧ