Starlink卫星动力学系统仿真建模第三讲-执行机构（飞轮和磁棒）建模

1、执行机构模型

由于目前的航天器对姿态稳定系统的要求也越来越高，特别是要求高精度和长寿命，为了满足这样的要求，目前越来越多的航天器采用了飞轮三轴姿态稳定系统，并配合磁力矩器进行角动量管理。本节主要介绍的执行机构有飞轮和磁力矩器，喷气在这里不作介绍。

1.1、飞轮动力学模型

对于反作用动量飞轮姿态控制系统，飞轮转速的控制是实现姿态控制产生控制力矩的关键，对于转速的飞轮的控制存在两种不同的工作模式，力矩（电流）模式和)动量（电压或转速）模式。
力矩模式的原理如图所示：

在动量控制模式中，飞轮的输入是期望的控制角动量。通过调节电机电压，使轮子转速达到期望值。在动量模式中，有一个转速跟踪回路，摩擦力矩在这个回路里，因此只要回路设计合适，就可以补偿摩擦力矩对转速的影响。动量模式的缺点在于需要测量飞轮转速作为反馈信息，而测速计的噪声和量化误差会使系统性能下降。
综合上述分析，力矩控制模式和动量控制模式各有利弊。根据姿态控制系统的实际需要，可以选择不同模式进行飞轮的控制。
影响飞轮控制精度的干扰力矩主要是飞轮轴承的摩擦力矩，尤其是在低转速下。通常可将飞轮工作在偏置动量轮模式下以避免转速过零带来的摩擦力矩突变和迟滞。
摩擦力矩模型为：