航天器姿态动力学与控制

tg
1
C C
31 32
co s 1 C 33
tg
1
C C
13 23
.
姿态参数 - 欧拉角
Z2
Za Z1
Z1
Zb
& &
&
O
Xa
X1X 2
Xb
.
Y 2 Y b
Y1
Ya
zxy旋转顺序
姿态参数 - 欧拉角
2. 方向余弦矩阵和zxy顺序的欧拉角的关系
C C S S S C S S S C C S
.
姿态参数-欧拉角
zb
za
za
za
xb xa
O
yb
O
ya
xa
O
ya
ya
yb
xa
ya
xb
基元旋转矩阵
.
姿态参数-欧拉角
Zb Za
Z2
Z1
&
&
O
&
Xb
Xa
X1X 2
.
Yb Y2
Y1
Ya
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
C C S C S C S S C C S S C b a C zC xC z S C S S C C S S S S C C C C C C S
.
航天器常用坐标系
黄道、赤道、春分点 .
航天器常用坐标系
zi
春分点方向
xi
r
Oe
飞行器
yi
赤道面
地心赤道惯性坐标系
.
航天器常用坐标系
ze
G re e n w ich 子 午 面
r 航天器
Oe
xe
地心赤道旋转坐标系 .
ye
赤道面
航天器常用坐标系
xb
zo
ω0
xo
zb
地球
yb yo
轨道坐标系和星体坐标系的示意图
2.《卫星姿态动力学与控制》 屠善澄主编. 宇航出版社, 2001
3. 《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, 1998
4.《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》 卡普兰著.北京:科学出版. 社,1981
第1章 航天器姿态运动学
C z y x ,, C x C yC z S C S S C S S S C C C S C S S C S S S S C S C C
ta
n
1
C C
12 11
sin 1 C 13
ta n
1
C C
23 33
C b a C yC xC z C S
C C S
S C S C S S S S C C C C
ta
n
1
C C
21 22
sin 1 C 23
ta n
1
C C
13 33
.
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
C C
C S S
q2
1 4 q1
C
12
C 2 1
q3
1 4 q1
C 13
C 3 1
q0
1 4 q1
C 23
C 3 2
q2
1 2
1 C 11 C 22 C 33
q3
1 4q2
C 23
C 3 2
q0
1 4q2
C 31
C 1 3
q1
1 4q2
C 12
C 2 1
q3
1 2
1 C 11 C 22 C 33
q0
1 4q3
C 12
C 2 1
q1
1 4q3
C 13
C 3 1
q2
1 4q3
C 23
C 3 2
.
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
尖兵一号甲
美国XSS-10卫星
. 刚体模型
第2章 航天器姿态动力学基本方程
探险者一号卫星
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
航天器
无人航天器
人
造
空
地
间
球
探
卫
测
星
器
载人航天器
空 间 站
载 人 飞 船
航 天 飞 机
技
科
术
应
学
试
用
卫
验
卫
星
卫
星
星
行
星
月
和
球
行
探
星
测
际
器
探
测
器
.
卫 星 式 载 人 飞 船
登 月 载 人 飞 船
单自旋稳定航天器
.
风云二号卫星
.
姿态参数 – 欧拉轴/角
C bacos E 31cos eeTsin e exe co ys 1 co es x 2 1 ce o zss in exc eo ys 1 co esy 2 1 ce o zss in e ex ye ez z1 1 c co os s e ey xs siin n exez1cos eysineyez1cos exsin cos ez 21cos
2q1q2q3q0
q02q12q22q32
2q2q3q1q0
2q1q3q2q0 2q2q3q1q0
q02q12q22q32
q0
1 2
1 C 11 C 22 C 33
q1
1 4q0
C 23
C 3 2
q2
1 4q0
C 31 C 13
q3
1 4q0
C 12
C 2 1
q1
1 2
1 C 11 C 22 C 33
.
姿态参数 – 欧拉轴/角
e
v
u' b
a
u
欧拉轴/角坐标变换示意图
.
姿态参数 – 欧拉轴/角
zb
za
e
z
x xa
xb
y
.
yb ya
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
Baidu Nhomakorabea
Cbaq02qTqE32qqT2q0q
q202qq1q122qq223q0q32 2q1q3q2q0
.
绪论
章节安排
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
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
双自旋稳定航天器
.
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)
绪论
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
.
日本技术实验卫星7号(ETS VII)
.
对 地 ->对 日 定 向 姿态机动
太阳光方向
对 日 ->对 地 定 向 姿态机动
对地定向工作
对地观测卫星的姿态机动 .
对日定向模式
绪论
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 三轴稳定航天器的姿态动力学