"这篇论文是浙江大学信息与电子工程系的研究成果,主要探讨了皮卫星(微型卫星)在轨运行时偏置动量轮的备份和切换策略。通过参考微动量轮的实际测量数据,研究团队建立了一个描述转速随机变化的马尔可夫模型,并在此基础上提出了针对皮卫星的备份和切换策略。该策略定义了四种正常模式和三种异常模式,以应对不同运行状态。在正常情况下,系统会按照预定的时间切换动量轮,而当出现故障时,系统能快速切换到异常模式,隔离故障的动量轮,确保卫星姿态的稳定。相比于传统的冷备份方式,该策略不仅简化了故障检测的过程,还能在更长的时间内维持星体的姿态稳定。经过数学仿真验证,采用该策略,在正常切换时,最大姿态扰动不超过20°,对于突发故障,姿态扰动的恢复时间约为30分钟。关键词包括皮卫星、姿态控制、微动量轮、磁力矩器以及备份切换。"
这篇论文的核心知识点如下:
1. **马尔可夫模型**:这是一种统计模型,用于描述一个系统随时间演变的行为,特别适用于描述具有无记忆特性的随机过程,如转速随机变化。
2. **偏置动量轮**:在卫星姿态控制中,动量轮是用于保持和调整卫星姿态的重要组件。偏置动量轮通过旋转产生动量来抵消卫星受到的各种扰动力矩。
3. **备份和切换策略**:研究团队提出的策略定义了正常模式和异常模式,正常模式下定时切换动量轮,异常模式下隔离故障轮,保证卫星的持续稳定。
4. **姿态控制**:卫星的姿态控制是指通过精确调整卫星的旋转方向和速度,使其保持在预定的指向或稳定状态,这对卫星的功能执行至关重要。
5. **微动量轮**:相对于大型卫星使用的动量轮,微动量轮适用于微型卫星,它们体积小,但能提供足够的动量来控制小型卫星的姿态。
6. **磁力矩器**:在卫星姿态控制系统中,磁力矩器利用地球磁场产生力矩,可以辅助动量轮进行姿态调整。
7. **故障检测与隔离**:该策略提供了更便捷的故障检测手段,能在故障发生时迅速隔离问题组件,确保系统的持续运行。
8. **数学仿真**:为了验证策略的有效性,进行了数学仿真,结果显示正常切换时姿态扰动小,故障恢复速度快,体现了策略的优越性。
这篇论文对于理解和优化微型卫星姿态控制系统的可靠性、效率和稳定性具有重要价值,特别是对于设计和维护皮卫星的工程师来说,提供了新的思路和方法。