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文檔簡介
1、隨著航天技術(shù)的發(fā)展,衛(wèi)星系統(tǒng)呈現(xiàn)出大型化、低剛度和撓性化的發(fā)展趨勢,使得衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)及其控制問題變得越來越復(fù)雜,如何通過地面仿真手段保證衛(wèi)星控制系統(tǒng)的性能成為航天領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文針對(duì)空間衛(wèi)星的姿態(tài)控制及其地面仿真方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
首先,總結(jié)了目前國內(nèi)外在衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)特性分析和姿控算法上的發(fā)展現(xiàn)狀,分析各國科研工作者在地面仿真系統(tǒng)研制方面的研究成果。然后采用四元數(shù)和歐拉角的描述形式,建立了衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,同
2、時(shí)基于經(jīng)典Lagrange方法推導(dǎo)得到了撓性衛(wèi)星的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型。
其次,在所推導(dǎo)得到的的姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,研究了衛(wèi)星姿態(tài)控制問題。首先采用PID控制器并進(jìn)行了數(shù)字仿真與分析,取得了良好的效果。在此基礎(chǔ)上,考慮到太陽帆板等撓性附件對(duì)姿態(tài)控制的擾動(dòng)影響,設(shè)計(jì)了滑模變結(jié)構(gòu)控制算法并進(jìn)行了仿真,既提高了控制性能又增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。針對(duì)滑模控制存在的“抖振”問題,設(shè)計(jì)了一種變增益的模糊滑模控制器,仿真結(jié)果表明該方法能夠有效抑制
3、控制力矩的波動(dòng)。
再次,以三軸氣浮臺(tái)為核心,研究了衛(wèi)星姿控地面全物理仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),重點(diǎn)完成了姿態(tài)控制仿真回路的軟硬件平臺(tái)搭建及姿態(tài)控制律設(shè)計(jì)等工作。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并完成了儀表平臺(tái)大角度機(jī)動(dòng)、穩(wěn)定指向等仿真試驗(yàn),驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的地面仿真系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)的性能以及姿態(tài)控制律的有效性。
最后,研究了全物理仿真系統(tǒng)的定量分析方法。基于相似度理論,分析了衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的五個(gè)功能模塊,結(jié)合設(shè)計(jì)的全物理仿真試驗(yàn),采用對(duì)比仿
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