航天器姿态动力学与控制.ppt
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1、航天器姿态动力学与控制,讲授教师:李立涛学科专业:飞行器设计,绪论,绪论,单自旋稳定航天器,双自旋稳定航天器,风云二号卫星,QuickBird卫星,对地定向卫星(气象卫星、资源、侦查卫星等),哈勃太空望远镜,对天体定向的航天器,嫦娥一号卫星(三体定向),对其他卫星跟踪和定向的航天器,绪论,天线对其他卫星跟踪和定向的航天器,绪论,日本技术实验卫星7号(ETS VII),对地观测卫星的姿态机动,章节安排,第一部分 航天器姿态动力学绪论第1章 航天器姿态运动学 第2章 航天器姿态动力学基本方程 第3章 空间环境力矩第4章 自旋、双自旋航天器的姿态动力学第5章 重力梯度稳定航天器的姿态动力学第6章 三
2、轴稳定航天器的姿态动力学,绪论,第二部分 航天器姿态控制第7章 航天器姿态确定基础 第8章 自旋、双自旋航天器的姿态确定 第9章 三轴稳定航天器的姿态确定 第10章 自旋、双自旋航天器的姿态控制 第11章 三轴稳定航天器的姿态控制 第12章 航天器姿态控制系统设计概述,绪论,章节安排,参考书目,1.空间飞行器姿态控制系统 杨大明编著.哈尔滨工业大学出版社,2002 2.卫星姿态动力学与控制 屠善澄主编.宇航出版社,20013.卫星轨道姿态动力学与控制 章仁为编著.北京航空航天大学出版社,19984.空间飞行器飞行动力学 刘暾、赵均著。哈尔滨工业大学出版社,2003 5.空间飞行器动力学与控制
3、卡普兰著.北京:科学出版社,1981,绪论,第1章 航天器姿态运动学,航天器常用坐标系,黄道、赤道、春分点,航天器常用坐标系,地心赤道惯性坐标系,航天器常用坐标系,地心赤道旋转坐标系,航天器常用坐标系,轨道坐标系和星体坐标系的示意图,姿态参数-欧拉角,基元旋转矩阵,姿态参数-欧拉角,zxz旋转顺序,姿态参数-欧拉角,方向余弦矩阵和zxz顺序欧拉角的关系,姿态参数-欧拉角,zxy旋转顺序,2.方向余弦矩阵和zxy顺序的欧拉角的关系,姿态参数-欧拉角,3.方向余弦矩阵和zyx顺序的欧拉角的关系,姿态参数-欧拉角,姿态参数 欧拉轴/角,姿态参数 欧拉轴/角,欧拉轴/角坐标变换示意图,姿态参数 欧拉轴
4、/角,姿态参数 欧拉参数(姿态四元数),欧拉参数与方向余弦矩阵的关系,第2章 航天器姿态动力学基本方程,第2章 航天器姿态动力学基本方程,刚体模型,尖兵一号甲,美国XSS-10卫星,探险者一号卫星,单自旋准刚体模型,第2章 航天器姿态动力学基本方程,实践一号甲,东方红二号,第2章 航天器姿态动力学基本方程,双自旋准刚体模型,双自旋陀螺体模型,第2章 航天器姿态动力学基本方程,多刚体模型,美国QuickBird卫星,刚体-挠性体混合系统,风云一号,第2章 航天器姿态动力学基本方程,刚体-挠性体-液体的混合系统,美国TDRS卫星,第2章 航天器姿态动力学基本方程,日本Jers-2卫星,第2章 航天
5、器姿态动力学基本方程,刚体-挠性体-液体的混合系统,日本ETS VII卫星,第2章 航天器姿态动力学基本方程,多刚体-挠性体-液体的混合系统,日本ETS VIII卫星,第2章 航天器姿态动力学基本方程,刚体-挠性体-液体的混合系统,大型挠性体系统,第2章 航天器姿态动力学基本方程,大型挠性空间结构(太阳帆),第2章 航天器姿态动力学基本方程,第2章 航天器姿态动力学基本方程,第3章 空间环境力矩,第3章 空间环境力矩,美国子午导航卫星(重力梯度卫星),第3章 空间环境力矩,中巴资源一号卫星(太阳光压力矩较大的例子),第3章 空间环境力矩,反射类型,第3章 空间环境力矩,第3章 空间环境力矩,第
6、3章 空间环境力矩,大气密度分布图,第3章 空间环境力矩,第3章 空间环境力矩,当地磁测坐标系的示意图,第3章 空间环境力矩,航天器环境力矩相对幅值,第4章 自旋、双自旋航天器 姿态动力学,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,东方红-1号卫星,伽利略木星探测器,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,美国”Lunar Prospector”月球探测器,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,美国Clementine月球探测器,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,国际通信卫星IV,国际通信卫星VI,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,东方红二号试验通信卫星,东方红二号试验通信卫星甲,第4章 自
7、旋、双自旋航天器姿态动力学,风云二号气象卫星,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,自旋体的本体锥,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,扁粗体航天器的空间锥和本体锥,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,细长体航天器的空间锥和本体锥,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,自旋航天器在惯性空间的运动,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,能量椭球和角动量椭球的交线(本体极迹),第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,一般刚体自由姿态运动的本体极迹,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,不变平面和不变线的定义,Poinsot椭圆在不变平面上的无滑动滚动,第4章
8、 自旋、双自旋航天器姿态动力学,推力倾斜的自旋航天器,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,带有姿控推力器的自旋航天器,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,美国探险者一号卫星,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,有能量耗损时的本体极迹,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,一般准刚体的姿态动力学模型,注:美国“伽利略”号木星探测器采用的动力学模型,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,带有管球型章动阻尼器的自旋卫星,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,InterSat-IV 通信卫星,InterSat-III 通信卫星,第4章 自旋、双自旋航天器姿态动力学,轴对称双自旋航天器,第5章 重
9、力梯度稳定航天器姿态动力学,(a),(b),第5章 重力梯度稳定航天器姿态动力学,平面运动的相轨迹,第5章 重力梯度稳定航天器姿态动力学,美国子午仪一号导航卫星,第5章 重力梯度稳定航天器姿态动力学,重力梯度加恒值动量轮,第5章 重力梯度稳定航天器姿态动力学,第6章 三轴姿态稳定航天器姿态动力学,第6章 三轴姿态稳定航天器姿态动力学,惯性轮,框架动量轮,11.2 采用角动量交换装置的姿态控制系统,惯性轮Dynacon MicroWheel 1000,单框架控制力矩陀螺Astrium CMG 15-45s,第6章 三轴姿态稳定航天器姿态动力学,带有多个惯性轮的三轴稳定航天器示意图,第7章 航天器
10、姿态确定基础,第7章 航天器姿态确定基础,坐标系绕单参考矢量的转动,第7章 航天器姿态确定基础,双矢量定姿中观测矢量存在误差的情况,第7章 航天器姿态确定基础,平台惯导的稳定平台,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,自旋轴的赤经、赤纬,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,余弦定理:,正弦定理:,球面三角公式,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,球面直角三角公式(10个常用公式),1.已知一直角边及其邻角,求该角对应的直角边,V型狭缝式太阳敏感器的测量几何,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确
11、定,常用的V型狭缝式太阳敏感器的测量几何,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,自旋扫描式红外地球敏感器测量原理图,地球弦宽测量几何,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,星体对地球的视角半径,双锥相交法示意图,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,航天器中心天球示意图,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,三体锥确定唯一姿态的几何原理图,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,第8章 自旋、双自旋稳定航天器的姿态确定,用转动角确定姿态唯一解的示意图,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,余弦检测器的工作
12、原理,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,模拟式太阳敏感器的工作原理,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,编码式太阳敏感器的测量原理,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,CCD太阳敏感器的测量原理,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,单轴太阳敏感器的测量几何及数学模型,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,双轴太阳敏感器的测量几何及数学模型,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,单圆锥扫描式地球敏感器,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,圆锥扫描式地球敏感器的工作原理,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,圆锥扫描式地球敏感器的测量几何,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,圆锥扫描红外敏感器的两种典型布局,第9章 三
13、轴稳定航天器的姿态确定,双地平摆动扫描地球敏感器测量原理,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,辐射热平衡式地球敏感器的原理,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,恒星在CCD上成像的几何关系,第9章 三轴稳定航天器的姿态确定,“东方红三号”卫星太阳敏感器安装位置,第10章 自旋、双自旋航天器的姿态控制,第10章 自旋、双自旋航天器的姿态控制,同步轨道卫星远地点变轨的几何关系,自旋、双自旋航天器自旋轴姿态的星-地大回路控制,第10章 自旋、双自旋航天器的姿态控制,第10章 自旋、双自旋航天器的姿态控制,美国Clementine月球探测器,第10章 自旋、双自旋航天器的姿态控制,自旋体的本体锥,喷气力矩
14、作用下姿态运动示意图,第10章 自旋、双自旋航天器的姿态控制,角动量进动示意图,第10章 自旋、双自旋航天器的姿态控制,第10章 自旋、双自旋航天器的姿态控制,第10章 自旋、双自旋航天器的姿态控制,第10章 自旋、双自旋航天器的姿态控制,第11章 三轴稳定航天器的姿态控制,11.1 三轴稳定航天器的喷气控制 11.2 采用角动量交换装置的姿态控制 1)整星零动量轮控系统 2)偏置动量轮控系统 11.3 航天器姿态捕获与姿态机动控制,第11章 三轴稳定航天器的姿态控制,喷气姿态控制系统系统框图,11.1 三轴稳定航天器的喷气控制,11.1 三轴稳定航天器的喷气控制,推进系统种类,推力器电磁阀结
15、构原理图,11.1 三轴稳定航天器的喷气控制,喷气执行机构的动态特性,11.1 三轴稳定航天器的喷气控制,理想开关特性的推力器数学模型,带有时延开关特性的推力器数学模型,典型的6+2姿控推力器布局图(HY-1A),11.1 三轴稳定航天器的喷气控制,神舟飞船的推进系统推力器布局,11.1 三轴稳定航天器的喷气控制,正力矩作用下的相轨迹曲线,不同力矩作用下的相轨迹曲线,11.1 三轴稳定航天器的喷气控制,负力矩作用下的相轨迹曲线,零力矩作用下的相轨迹曲线,11.1 三轴稳定航天器的喷气控制,理想继电控制器的喷气姿态系统框图,11.1 三轴稳定航天器的喷气控制,11.1 三轴稳定航天器的喷气控制,
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- 航天器 姿态 动力学 控制
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