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《螢火一號火星探測器姿態(tài)控制分系統(tǒng)設(shè)計.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第30卷2013年第4期文章編號：1006—1630(2013)04一0064一05螢火一號火星探測器姿態(tài)控制分系統(tǒng)設(shè)計尹海寧，周連文，袁彥紅，聶章海(上海航天控制技術(shù)研究所，上海200233)摘要：對螢火一號(YH一1)火星探測器姿態(tài)控制分系統(tǒng)設(shè)計進行了研究。介紹了分系統(tǒng)的特點與組成、控制模式，設(shè)計了基于四元數(shù)的反饋控制律。采用的繞空間任意歐拉軸機動的控制方案可實現(xiàn)47c空間內(nèi)的機動，且有較高的自主性，以確保探測器在軌運行的安全。地面模擬飛行試驗驗證了器上自主控制等措施。
2、關(guān)鍵詞：深空探測；姿態(tài)控制；自主控制；四元數(shù)中圖分類號：V448．22文獻標志碼：ADesignofAttitudeControlSubsystemforYH一1MarsProbeYINHai—ning，ZHOULian—wen，YUANYan-hong，NIEZhang—hai(ShanghaiInstituteofSpaceflightControlTechn0109y，Shanghai200233，China)Abstract：Thedesignoftheattitudecontrolsubsystemfor
3、YH一1MarspIDbewasstudiedinthispaper．Thecharacteristics，compositionandc。ntrolmodeofthesubsystemweregivenout．Thequatemionfeedbackcontr01algorithmwasdesigned．Thecontr01algorithmbymovingroundanyEulara)【isinthespacecouldmovetoanydirectioninthe47cspace，whichwashighau
4、tonomoustoensuretheon-orbitoperationsecurityofYH一1Marspmbe．YH一1Marspmbe’sautonomouslycontrolalgorithmhadbeenpmvedtheavailabilitybysimulationtheflyingonobit．Keywords：Deepspaceprobe；Attitudecontrol；Auton。mouscontrol；Quaternion0引言YH一1火星探測器是一顆三軸穩(wěn)定控制衛(wèi)星，其姿態(tài)控制分系統(tǒng)以三軸穩(wěn)
5、定方式控制器體姿態(tài)，進行火星成像(對火定向)、獲取能源(對日定向)、對地數(shù)傳(對地定向)，以及控制器體指向空間的某一方位(掩星科學(xué)試驗)等。姿態(tài)確定系統(tǒng)根據(jù)控制模式采用不同的姿態(tài)確定算法：在粗對日模式下通過星體模擬太陽角計獲取姿態(tài)信息，在其他模式下根據(jù)陀螺測量信息計算姿態(tài)，并使用星敏作周期性修正。姿態(tài)控制分系統(tǒng)主要使用反作用飛輪的比例積分微分(PID)控制和噴氣開關(guān)控制。此外，噴氣執(zhí)行機構(gòu)還用于動量卸載。本文對YH一1火星探測器姿態(tài)控制分系統(tǒng)設(shè)計進行了研究。收稿日期：2012一09—25作者簡介：尹海寧(1975一
6、)，女，高級工程師，主要從事衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)研究。1分系統(tǒng)特點YH一1火星探測器姿態(tài)控制分系統(tǒng)工作模式的設(shè)置和分系統(tǒng)控制方案的設(shè)計與其任務(wù)要求密切相關(guān)。與地球軌道衛(wèi)星相比，火星探測器姿態(tài)控制分系統(tǒng)有以下特點：a)因所處環(huán)境溫度變化范圍較大，系統(tǒng)單機須具備相應(yīng)的適應(yīng)能力，如飛輪能在一30℃低溫下啟動等。b)探測器本體安裝有與地面通信的窄波束高增益天線，因此在穩(wěn)態(tài)運行階段須保持高精度的地球指向控制。c)YH一1火星探測器距離地球3．8億千米，上行指令往返1次耗時約40min，在初始分離入軌階段和長期在軌運行階段，無法像
7、常規(guī)地球衛(wèi)星那樣使用地面測控支持手段，需依賴系統(tǒng)的自主控制能力，維持在軌正常運行。‘d)當火星公轉(zhuǎn)至某一特定位置，即太陽處在地球和火星連線的中間(日凌，如圖1所示)而影響通信鏈路的暢通時，須保證探測器仍能安全運行。第30卷2013年第4期尹海寧，等：螢火一號火星探測器姿態(tài)控制分系統(tǒng)設(shè)計e)對質(zhì)量的限制非常嚴格，以最少的部件組成高可靠性系統(tǒng)且滿足各種性能要求。圖1日凌示意Fig．1Suntransmit0utage2分系統(tǒng)組成YHl火星探測器姿態(tài)控制分系統(tǒng)由推力器6臺、反作用飛輪4只、微機械陀螺4只、APS星敏感器2
8、臺和模擬太陽角計4只組成，如圖2所示。分系統(tǒng)單機質(zhì)量見表2。正MS陀螺4J星敏感器2臺模擬量RS422路。模擬路，模擬路。模擬路，模擬陽角計l陽角計1陽角計2角計綜合電子計算機反作用飛輪4只推力器圖2姿態(tài)控制分系統(tǒng)組成Fig．2C0mpositionofattitudecontroIsubsystem表l姿態(tài)控制分系統(tǒng)單機質(zhì)量Tab．1I)eVicema蟠o
