衛(wèi)星姿態(tài)控制及全物理仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

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