南理工一號(hào)立方星姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及半物理仿真.pdf

1、立方體衛(wèi)星近年來(lái)發(fā)展迅速。目前全球發(fā)射的立方體衛(wèi)星數(shù)量已達(dá)300余顆，其已成為在軌航天器的一個(gè)重要分支。姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)是立方體衛(wèi)星功能實(shí)現(xiàn)的重要保障，用于實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)的測(cè)量和控制。本文以“南理工一號(hào)”雙單元立方體衛(wèi)星研制為背景，對(duì)立方體衛(wèi)星姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)、三軸磁強(qiáng)計(jì)設(shè)計(jì)測(cè)試及誤差校正技術(shù)、磁力矩器設(shè)計(jì)與測(cè)試技術(shù)、偏置動(dòng)量輪設(shè)計(jì)與測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了研究。主要研究工作如下:
　　本論文首先對(duì)“南理工一號(hào)”立方星總體任

2、務(wù)進(jìn)行分析，提出磁測(cè)磁控的姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)方案，采用三軸磁強(qiáng)計(jì)作為主要姿態(tài)測(cè)量手段，輔以粗太陽(yáng)敏感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙矢量定姿。采用偏置動(dòng)量輪加三軸磁力矩器作為姿態(tài)控制手段。
　　其次，論文對(duì)姿控系統(tǒng)硬件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。磁強(qiáng)計(jì)采用低功耗設(shè)計(jì)，單機(jī)功耗小于200mW。采用高密度布板和綜合電路抗干擾設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)超小體積。論文提出了適用于立方星的磁強(qiáng)計(jì)綜合誤差校正理論和方案，校正后三軸誤差減小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，有效解決星上剩磁對(duì)磁強(qiáng)計(jì)讀數(shù)的干擾問(wèn)題。

3、三軸磁力矩器采用帶磁芯設(shè)計(jì)，在輸出磁矩不變的情況下，大幅降低系統(tǒng)功耗。論文提出了完整的微型磁力矩器設(shè)計(jì)和測(cè)試方法。采用基于H橋電路的電流時(shí)間控制電路方案，提升磁力矩器效率，在達(dá)到設(shè)計(jì)磁矩0.15Am2的基礎(chǔ)上，三軸總功耗小于500mW。偏置動(dòng)量輪設(shè)計(jì)則通過(guò)參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)其超小體積和低功耗。設(shè)計(jì)角動(dòng)量矩2mNms，可用于后期立方體衛(wèi)星任務(wù)中。
　　最后，文章對(duì)所設(shè)計(jì)的姿控系統(tǒng)進(jìn)行半物理仿真，仿真結(jié)果滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。論文給出“南理工一號(hào)