《姿態控制執行機構的微振動機理及控制方法研究》是依託北京理工大學，由張堯擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：姿態控制執行機構的微振動機理及控制方法研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：張堯
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
飛輪和控制力矩陀螺作為太空飛行器姿態控制的執行機構已經廣泛套用於各類航天任務中。由於製造工藝和裝配精度的限制，使得它們在運行中會產生一種小幅高頻的微振動。這類微振動將會導致高解析度對地觀測衛星、雷射通訊衛星、太空望遠鏡及空間微重力實驗衛星等太空飛行器上的有效載荷難以正常工作，使空間任務無法完成。為此本項目將以多體動力學和振動控制原理為主要理論基礎，圍繞太空飛行器姿態控制執行機構的微振動機理和微振動控制方法進行系統深入的研究。主要研究內容：姿態控制執行機構的微振動機理，姿態控制執行機構微振動控制新方法，帶有非線性隔振器的太空飛行器動力學特性與控制特性分析。研究結果將為闡明執行機構微振動對太空飛行器姿態控制過程中高精度和高穩定度的影響機理，弄清執行機構的微振動控制系統對太空飛行器姿態控制特性的影響，為執行機構微振動控制和太空飛行器姿態控制的一體化設計提供理論基礎，支撐高精度高穩定度太空飛行器的發展，促進我國航天技術的進步。
結題摘要
飛輪和控制力矩陀螺作為太空飛行器姿態控制的執行機構已經廣泛套用於各類航天任務中。由於製造工藝和裝配精度的限制，使得它們在運行中會產生一種小幅高頻的微振動。這類微振動將會導致高解析度對地觀測衛星、雷射通訊衛星、太空望遠鏡及空間微重力實驗衛星等太空飛行器上的有效載荷難以正常工作，使空間任務無法完成。為此本項目以多體動力學和振動控制原理為主要理論基礎，圍繞太空飛行器姿態控制執行機構的微振動機理和微振動控制方法進行系統深入的研究。主要研究內容：姿態控制執行機構的微振動機理，姿態控制執行機構微振動控制新方法，帶有非線性隔振器的太空飛行器動力學特性與控制特性分析。 本項目通過理論建模和工程實驗相結合的手段，給出了一種小型控制力矩陀螺的高精度擾動模型，並且分析了此類小型控制力矩陀螺對太空飛行器姿態控制性能的影響，得到一項重要結論：控制力矩陀螺中轉子的靜動不平衡引起的擾動屬高頻擾動，並且擾動頻域與轉子轉速同頻，幅值與轉速平方成正比，是影響太空飛行器姿態穩定度的主要因素，在高精度高穩定度太空飛行器姿態控制任務中，不可忽略。該部分的研究成果對航天五院502所生產此類小型控制力矩陀螺提供理論指導。 本項目分析了隔振系統的引入對姿態控制系統穩定性的影響，通過分析得到兩項重要結論：（1）被動隔振系統的隔振頻率需布置在姿態控制系統頻寬的10倍附近，才能使得隔振系統的使用不影響姿態控制系統的穩定性；（2）需要柔性附屬檔案基頻對隔振系統的傳遞率曲線影響形成的峰值布置在共振峰值以後，以保證隔振系統的低頻輸出性能。該部分的研究為航天五院502所正在進行的太空飛行器高精度高穩定度姿態控制方法討論起到了一定的啟發和支持作用。 在本項目的支持下，總計發表了SCI期刊論文8篇，國內學術會議論文5篇，國際學術會議論文2篇。授權國家發明專利6項。培養碩士生3人，博士生1人。申請人於2015年晉升為副教授，參與人中1名碩士生獲得校級優秀畢業論文。
