雅宝题库解析：
卫星的机动性能越来越受到人们关注。控制力矩陀螺（Control Moment Gyroscope，简称CMG）具有能提供大力矩而不需要消耗燃料的优点，是敏捷机动卫星姿态控制的理想执行机构。磁悬浮CMG相比机械式CMG具有微振动、无摩擦的优势。目前，基于磁悬浮CMG的航天器姿态控制技术方面公开报道较少。本文针对卫星快速机动条件下的磁悬浮CMG转子的动力学建模、磁轴承控制系统前馈补偿、快速机动快速稳定控制器设计及半物理仿真实验进行了研究，为实际应用提供技术基础。本文的主要工作如下：首先，基于欧拉动力学方程建立了单框架磁悬浮CMG的动力学模型，并给出按照金字塔构型的CMGs作用在星体上的力矩模型。分析了卫星快速机动过程中，星体角速度、角加速度和框架角速度、角加速度对磁悬浮转子稳定性的影响。仿真结果表明，框架角速度和角加速度对磁轴承稳定性有显著影响，通过加入前馈补偿可以有效减小转子位移，提高磁轴承控制系统的稳定性。然后，设计了敏捷小卫星姿态机动控制器。针对转动惯量未知的情况，设计了参数分段自适应控制器，通过动态改变参数，提高敏捷小卫星的机动能力，缩短了稳定时间；考虑磁悬浮CMG的特性，在操纵律设计中加入了框架角速度限幅。仿真结果表明，控制器对卫星的转动惯量具有鲁棒性，并通过动态改变参数实现了快速机动和快速稳定控制。最后，进行了基于单轴气浮台和两个平行构型磁悬浮CMGs的单轴机动姿态控制半物理仿真实验。实验平台搭建过程中实现了Windows系统下的串口实时通信，并完成单轴气浮台的调平、配平、干扰力矩及转动惯量的测量，使用不同控制器对已知和未知转动惯量的情况进行实验对比。实验结果表明，使用两个平行安装的磁悬浮CMG可以实现卫星单轴姿态的快速机动和稳定，验证了所设计控制器的有效性。
发表于 2022-5-5 14:33:47
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