柔性隔振结构影响下控制力矩陀螺的动力学建模与仿真

发布时间：2024-04-27 06:05

　　近年来,控制力矩陀螺逐渐广泛应用于航天器姿态控制中。为了减小动量轮的高速旋转引起的振动对星体的影响,需要在控制力矩陀螺于航天器之间安装隔振装置。但是隔振装置的引入对控制力矩陀螺内部机构的动力学特性造成了影响。基于此,本文建立了柔性隔振机构耦合作用下的控制力矩陀螺动力学模型。本文通过欧拉角变换建立了陀螺内部各机构的运动学关系,使用能量方法建立了陀螺内部各结构的动力学特性。并在Matlab中进行了数值仿真与分析。通过仿真发现了隔振结构对陀螺的输出力矩产生了影响,在柔性支撑下的陀螺力矩存在明显波动,且波动范围随动量轮转速的增加而增加。同时,柔性隔振机构的引入还导致了干扰力矩的产生,该干扰力矩对控制力矩陀螺框架电机的控制存在较大影响。

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【部分图文】：

图1安装有隔振结构的CMG

CMG动力学系统中涉及多部件的协同运动，需要分别建立合适的坐标系对其运动进行描述．安装在柔性隔振机构上的CMG结构示意图如图1所示．(1)建立星体坐标系Oxsyszs，该坐标系与星体和隔振机构固连，隔振机构所在平面为xz平面，垂直于xz平面，建立右手系为y轴．

图2由星体坐标系到底座坐标系的转换

(2)建立底座坐标系，该坐标系与底座固连，由于隔振机构的柔性特性，该坐标系由星体坐标系经过三次转动得到．三次转动的角度分别为α，β，γ，转动示意图如图2所示．由星体坐标系向底座坐标系的转换分为三个过程，首先星体坐标系Oxsyszs绕Oxs转动α角度后得到坐标系Oxbybzb，坐标....

图3隔振机构形变角位移

当动量轮转速为4000rpm，框架转速为10rpm时，通过计算所得隔振机构三轴变形角度如图3所示．如图3所示，由于飞轮高速转动与动不平衡引发的振动作用在隔振机构上，引起隔振机构的变形．由于该隔振结构在x轴与z轴方向上的刚度较小为3250N·m/rad，在y轴方向上刚度较大为....

图4动量轮在质心处力矩

由于隔振机构的变形产生的角位移导致动量轮在原有转动与框架转动基础上叠加了角速度，该角速度的存在对飞轮的力矩输出特性产生的较大的影响．叠加有隔振机构变形角位移的动量轮输出力矩情况如图4所示．目标输出力矩Tgx在原有1.1N·m力矩基础上产生了幅值为0.36N·m的力矩波动．在目标....

本文编号：3965464