题目：基于磁悬浮CMGs的敏捷卫星操纵律研究及实验验证

随着对地观测卫星姿态大角度快速机动，高精度控制任务的需求，利用输出大力矩的执行机构日益成为敏捷卫星的研究热点。双框架磁悬浮控制力矩陀螺（Magnetically Suspended Control Moment Gyroscope, MSCMG）结合了双框架控制力矩陀螺的多自由度以及磁悬浮控制力矩陀螺长寿命、高精度的优势，是近年来航天器的有效执行机构之一。本文针对双框架MSCMG应用时产生的奇异问题，开展了操纵律的方法研究及实验验证。完成的主要工作如下：（1）针对利用双框架MSCMG作为执行机构的敏捷机动卫星，采用牛顿欧拉法建立了动力学模型，分析了双框架MSCMG的奇异状况，为了更直观的表示奇异状态，给出了奇异分布图，为操纵律设计及姿态/角动量联合控制器设计提供了基础。（2）针对奇异问题中的内部奇异，提出了一种基于奇异值分解的反馈操纵律。利用最优控制的方法设计了伪逆零运动操纵律，分析了零运动权重的选取方法，然后利用奇异值分解的方法分析了鲁棒伪逆操纵律的力矩误差，指出了这种操纵律在逃离奇异时有一定的力矩误差。仿真结果表明，基于奇异值分解的反馈操纵律可以回避奇异，并且能够在脱离奇异时产生较小的力矩误差。（3）针对奇异问题中的饱和奇异，设计了一种在完成机动任务的同时连续调节角动量的姿态/角动量联合控制器。采用Lyapunov第二方法进行设计，并采用Sigmoid函数进行参数的改进。仿真结果表明，控制器能够完成机动任务，并在机动过程中远离饱和奇异，达到了姿态控制和角动量管理的折中。（4）进行了基于双框架MSCMG的半物理仿真实验。使用不同的操纵律在不同条件下进行对比实验，实验结果表明，所设计的基于奇异值分解的反馈操纵律可以实现奇异回避及逃离，并产生较小的力矩误差。