力矩输出能力最优化混合执行机构操纵律设计

当航天器执行高动态敏捷机动或者姿态动态跟踪控制等任务时,常使用控制力矩陀螺（control moment gyroscope,简称CMG）和飞轮（reaction wheel,简称RW）构成的混合执行机构来提供大力矩。提出了基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律,从几何角度出发,给出了力矩输出能力最优的CMG框架角速度和RW角加速度,通过引入参数,并讨论参数的设置的最优,使得框架转速误差和输出力矩误差的混合二次型达到最小,保证了混合执行机构在输出力矩误差最小的情况下,力矩输出能力最优。以金字塔构型的CMG集群和正交的RW集群构成的混合执行机构为例,对基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律进行合理化分析,证明了引入参数的作用,并且证明了混合执行机构不存在CMG奇异情况。仿真结果表明,基于力矩输出能力最优化的混合执行机构操纵律解决了CMG奇异的问题并使得RW不陷入饱和,输出力矩误差较小,输出力矩能力强,能够应用于航天器大角度机动任务。