基于STK的衛(wèi)星姿態(tài)控制仿真技術研究.pdf

1、衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)設計和仿真是整個衛(wèi)星設計周期中重要的組成部分,對衛(wèi)星任務的完成起到了十分重要的作用。在其它分系統(tǒng)正常工作的條件下,資源衛(wèi)星能否準確拍照、中繼衛(wèi)星能否進行星間的鏈路通信、衛(wèi)星星座間的相對位置能否保持等,都是由衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)來保障的。姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制效果實時在線顯示出來是當前衛(wèi)星視景仿真系統(tǒng)中的重要內容。本文針對三軸穩(wěn)定衛(wèi)星的姿態(tài)控制和實時顯示問題,進行了深入細致的研究。主要完成了以下幾方面的工作:
　　 建立了

2、衛(wèi)星姿態(tài)和軌道運動的模型。在衛(wèi)星的各種姿態(tài)描述中,基于四元素的運動學方程具有避免Euler角的奇異問題并且簡化了姿態(tài)矩陣運算的優(yōu)點,本文選用了基于四元素的運動學方程。本文所有的設計仿真都是在第三章建立的衛(wèi)星姿態(tài)軌道六自由度模型的基礎上完成的。
　　 針對執(zhí)行器為推力器的三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng),首先研究了推力器的安裝位置對控制的影響,建立了推力器組模型。安裝了備份推力器并在此基礎上使用狀態(tài)流圖進行推力器失效策略的設計。接著設計了

3、PD姿態(tài)控制器和對地定向導航模塊。通過大角度機動對地定向和對慣性空間定向仿真的實驗,驗證了整個控制系統(tǒng)的正確性和魯棒性。
　　 針對反作用飛輪三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng),首先對衛(wèi)星運動學方程進行了改動,增加了飛輪動量模塊。接著研究了反作用飛輪的數(shù)學模型以及干擾與噪聲,建立了反作用飛輪的模型,分別設計了PID控制器和模糊控制器對小角度姿態(tài)機動進行了驗證。
　　 最后在推力器控制系統(tǒng)和反作用飛輪控制系統(tǒng)的基礎上,進行了基于ST