广泛用于航天领域的单框架控制力矩陀螺,具有力矩放大效应的优点,其理论基础为有假设条件的力矩放大原理.本文不局限于这些假设,不限定工况,解析单框架控制力矩陀螺的输出特性.考虑安装基座的运动,得到具有两维输入三维输出的单框架控制力矩陀螺力矩输出模型,提出将输出力矩分解为可调控与不可调控两部分.为分析单框架控制力矩陀螺的输出特性,定义两个参数,分别为输出输入力矩比和输出力矩利用率.研究发现,单框架控制力矩陀螺不恒有力矩放大效应,也不恒有高效的力矩利用率,两者与其状态密切相关.最后,以含两个单框架控制力矩陀螺的航天器姿态机动任务为例,对非对角奇异鲁棒操纵控制和优化控制进行仿真,检验了单框架控制力矩陀螺输出特性对控制效果的影响.同时,根据单框架控制力矩陀螺的三维输出特性,借助一个单框架控制力矩陀螺的优化控制,实现了航天器的三轴姿态机动.仿真结果显示,在优化控制过程中,单框架控制力矩陀螺始终具有力矩放大效应和高效的力矩利用率.
航天器 控制力矩陀螺 输出特性 力矩放大 力矩利用率