五棱锥SGCMGs失效时奇异构型几何分析及操纵律设计

王焕杰，刘 禹，张召弟

(1.上海航天控制技术研究所，上海 201109； 2.上海市空间智能控制技术重点实验室，上海 201109)

0 引言

单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为一种角动量交换装置，凭借其大力矩输出特性，在航天器姿态控制领域被广泛应用[1]。SGCMG在进行三维力矩输出时，多以3个或3个以上成簇组成一定构型。根据所选SGCMG个数及其安装方式不同将其分为平行构型和独立构型。常见的独立构型有双平行构型、三平行构型；独立构型有金字塔构型、五棱锥构型等。文献[2]介绍了各类构型的分类。文献[3]分析了SGCMGs构型的几何特性，并给出了各SGCMGs构型奇异点的理论推导。

基于不同的SGCMGs构型，学者们设计了不同的操纵律，当前操纵律的设计问题主要集中在对雅克比矩阵求逆上。其中最简单的是伪逆操纵律[4]，此操纵律虽然能得到精确解，但却无奇异规避能力。带零运动的伪逆操纵律[5]和鲁棒伪逆操纵律[6]是对伪逆操纵律的改进，都在不同程度上实现了对奇异状态的回避。带零运动的伪逆操纵律能有效避免构型的内部隐奇异点，但无法解决内部显奇异问题；鲁棒伪逆操纵律在进行奇异规避的同时会引入误差项，降低控制精度。以上提到的操纵律都是针对某类构型而言，不具备研究的一般化特性。

五棱锥构型由于其内部显奇异点靠近包络，已成功应用于“和平号”空间站[7]，但其所采用的带有零运动的伪逆操纵律具有较强的针对性，对内部奇异复杂的构型并不适用。五棱锥SGCMGs单只失效后，内部奇异点分布情况复杂，具备研究的一般化特性。……