衛(wèi)星姿態(tài)控制及全物理仿真系統(tǒng)設計與實現(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)動力學及其控制問題變得越來越復雜，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)域的研究熱點之一。本文針對空間衛(wèi)星的姿態(tài)控制及其地面仿真方法進行了系統(tǒng)的研究。
　　首先，總結(jié)了目前國內(nèi)外在衛(wèi)星姿態(tài)動力學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)運動學模型，同

2、時基于經(jīng)典Lagrange方法推導得到了撓性衛(wèi)星的姿態(tài)動力學模型。
　　其次，在所推導得到的的姿態(tài)動力學模型的基礎上，研究了衛(wèi)星姿態(tài)控制問題。首先采用PID控制器并進行了數(shù)字仿真與分析，取得了良好的效果。在此基礎上，考慮到太陽帆板等撓性附件對姿態(tài)控制的擾動影響，設計了滑模變結(jié)構(gòu)控制算法并進行了仿真，既提高了控制性能又增強了系統(tǒng)的魯棒性。針對滑?？刂拼嬖诘摹岸墩瘛眴栴}，設計了一種變增益的模糊滑?？刂破?，仿真結(jié)果表明該方法能夠有效抑制

3、控制力矩的波動。
　　再次，以三軸氣浮臺為核心，研究了衛(wèi)星姿控地面全物理仿真系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，重點完成了姿態(tài)控制仿真回路的軟硬件平臺搭建及姿態(tài)控制律設計等工作。在此基礎上，設計并完成了儀表平臺大角度機動、穩(wěn)定指向等仿真試驗，驗證了所設計的地面仿真系統(tǒng)軟硬件平臺的性能以及姿態(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)的五個功能模塊，結(jié)合設計的全物理仿真試驗，采用對比仿