反作用飞轮(Reaction Wheel)技术详解
反作用飞轮是航天器姿态控制系统的核心执行部件,通过角动量交换实现姿态调整。以下是其工作原理、算法、使用策略及注意事项的系统性总结:
一、工作原理
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角动量守恒原理
飞轮转速变化时,根据 T=I*w_dot扭矩=转动惯量×角加速度),产生反作用力矩驱动航天器旋转。- 加速飞轮 → 航天器反向旋转
- 减速飞轮 → 航天器同向旋转
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三轴控制实现
通常采用3个正交飞轮(或4个斜装飞轮冗余配置),通过组合控制实现俯仰(Pitch)、偏航(Yaw)、滚动(Roll)三自由度姿态调整。 -
动量积累特性
长期单向调速会导致飞轮转速饱和(达到最大/最小转速),需通过动量卸载(Momentum Dumping)重置。
二、核心控制算法
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姿态控制算法
- PID控制:基础闭环控制,根据姿态误差调整飞轮转速。
- 滑模控制:增强抗扰动能力,适用于高动态任务