《理论力学》课程教学资源（PPT讲稿）第七章 刚体动力学（7.9）卫星姿态动力学与控制简介

第七章刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 §7-9卫星姿态动力学与控制简介 1卫星的轨道运动与姿态运动 卫星的运动可分解为轨道运动(质心的运动) 和姿态运动(相对质心的定点运动) 轨道运动与姿态运动通常是耦合的。工程研究 中通常假设姿态运动不影响轨道运动

第七章 刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 §7-9 卫星姿态动力学与控制简介 卫星的运动可分解为轨道运动（质心的运动） 和姿态运动（相对质心的定点运动） 轨道运动与姿态运动通常是耦合的。工程研究 中通常假设姿态运动不影响轨道运动。 1 卫星的轨道运动与姿态运动

第七章刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 2卫星姿态动力学模型 √单刚体模型 简单 √多刚体模型 √多柔体模型 √充液体刚体模型 √充液多柔体模型 复杂

单刚体模型 简单 多刚体模型 多柔体模型 充液体刚体模型 充液多柔体模型 复杂 2 卫星姿态动力学模型 第七章 刚体动力学 卫星姿态动力学与控制

第七章刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 3卫星姿态动力学方程 卫星姿态动力学方程:G=Me 卫星相对质心的动量矩: J·d+h 其中h是卫星上动量轮的相对动量矩,是卫星 的角速度,J是卫星整体(包括动量轮)相对卫 星质心的惯性张量

第七章 刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 (e) Gc Mc    卫星姿态动力学方程： = 卫星相对质心的动量矩： Gc Jc h    =  + 其中 是卫星上动量轮的相对动量矩， 是卫星 的角速度， 是卫星整体（包括动量轮）相对卫 星质心的惯性张量。 h    c J 3 卫星姿态动力学方程

第七章刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 卫星受到的外力矩通常包括: )控制力矩: 磁力矩M m (magnetic 喷气控制力矩(变质量) p(propulsion 2)重力梯度力矩 g (gravity gradient ●3)干扰力矩: Ma (disturbance) 包括大气阻力矩和太阳光压力矩等 卫星上动量轮的控制力矩:M=ah

第七章 刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 卫星上动量轮的控制力矩： h dt d Mw   ~ = 卫星受到的外力矩通常包括： M (magnetic) m  M ( propulsion) p  1）控制力矩： 磁力矩 喷气控制力矩（变质量） 3）干扰力矩： 包括大气阻力矩和太阳光压力矩等。 M (disturbance) d  M (gravity gradient) g  2）重力梯度力矩：

第七章刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 如果忽略变质量对卫星惯性张量的微弱影响, 卫星姿态动力学方程可写成为 Je·+o×(J·+h)=Mg+Mm+Mn-M+Ma 其中喷气控制力矩和动量轮控制力矩是时间的 已知函数,干扰力矩与卫星轨道和卫星外形有 关,磁力矩与卫星轨道和姿态有关,重力梯度 力矩与卫星轨道和姿态有关

第七章 刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 如果忽略变质量对卫星惯性张量的微弱影响， 卫星姿态动力学方程可写成为 c c h Mg Mm M p Mw Md J J            +(  + ) = + + − + 其中喷气控制力矩和动量轮控制力矩是时间的 已知函数，干扰力矩与卫星轨道和卫星外形有 关，磁力矩与卫星轨道和姿态有关，重力梯度 力矩与卫星轨道和姿态有关

第七章刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 Earth Satellite\Orbit 重力梯度力矩

Earth Satellite Orbit 重力梯度力矩 第七章 刚体动力学 卫星姿态动力学与控制

第七章刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 Satellite Magnetic Earth Magnetic Field vector Field vector Earth 磁力矩

Earth Earth Magnetic Field vector Satellite Magnetic Field vector 磁力矩 第七章 刚体动力学 卫星姿态动力学与控制

第七章刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 反作用动量轮

反作用动量轮 第七章 刚体动力学 卫星姿态动力学与控制

第七章刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 喷气装置

喷气装置 Jet Jet 第七章 刚体动力学 卫星姿态动力学与控制

第七章刚体动力学 卫星姿态动力学与控制 4卫星姿态控制 √控制卫星从一个姿态(A)转到另一个姿态(B) √两种情况: A=B称为姿态保持 A≠B称为姿态机动 √姿态控制执行器 磁力矩器、动量轮(反作用轮)、喷气装置等

4 卫星姿态控制 控制卫星从一个姿态（A）转到另一个姿态（B） 两种情况： A = B 称为姿态保持 A B 称为姿态机动 姿态控制执行器 磁力矩器、动量轮（反作用轮）、 喷气装置等  第七章 刚体动力学 卫星姿态动力学与控制