对称式两级反射空间太阳能电站姿态控制系统研究

发布时间：2022-12-10 04:35

　　随着世界发展的不断加快和人类数量的不断增加,如石油、天然气和煤炭等传统能源已经越来越难以支撑社会与科技的高速进步。而空间太阳能的储量近乎无限,且几乎不受天气因素的干扰,一年中99%的时间都能够接受到太阳光的照射,因此,空间太阳能的开发正在成为地球空间科学所的重点研究对象。随着研究的不断深入,国内外学者提出来了数十种空间太阳能发电站模型,而本文主要以对称式两级反射空间太阳能电站作为研究对象。而该系统要求获得最大的光照效率以及稳定的对地定向,即聚光系统的聚光镜应始终保持对日追踪,并保持整个聚光系统的在轨姿态稳定。针对这一需求,本文对卫星的在轨控制系统进行了研究,主要内容有:（1）建立卫星的姿态运动学模型和姿态动力学模型。通过对描述卫星在轨姿态的常用坐标系进行研究,分析坐标系间的相互转换关系;对常用的描述卫星姿态的欧拉角描述法和四元数描述法进行对比,根据其优缺点在需要直观分析时选用欧拉角描述法建立卫星的姿态运动学模型,需要计算时选用四元数描述法建立卫星的姿态运动学模型,并建立了以飞轮为执行机构时的卫星姿态动力学模型。（2）设计基于“星敏感器+陀螺”组合的姿态确定系统。对卫星系统中常用的姿态确... 

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 选题的背景
    1.2 姿态控制系统的研究现状
        1.2.1 姿态确定系统研究现状
        1.2.2 姿态控制系统研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 姿态描述相关基础及姿态控制数学模型
    2.1 常用坐标系及坐标变换
        2.1.1 坐标系的定义
        2.1.2 坐标变换
    2.2 姿态描述方法
        2.2.1 欧拉角描述法
        2.2.2 四元数描述法
        2.2.3 欧拉角和四元数间的相互转换
    2.3 卫星姿态运动学方程
        2.3.1 欧拉角运动学方程
        2.3.2 四元数运动学方程
    2.4 刚体姿态动力学方程
    2.5 本章小结
第三章 卫星姿态确定系统的研究
    3.1 卫星姿态确定的基本方法
        3.1.1 确定性方法
        3.1.2 状态估计法
    3.2 基于星敏感器+陀螺仪的姿态确定系统研究
        3.2.1 敏感器测量模型
        3.2.2 基于误差的卫星系统模型
    3.3 姿态估计器模型
        3.3.1 状态变量及状态方程
        3.3.2 观测变量及观测方程
        3.3.3 姿态预报及更新
    3.4 仿真结果及分析
        3.4.1 仿真参数设置及仿真结果
        3.4.2 结果分析
    3.5 本章小结
第四章 飞轮系统研究
    4.1 飞轮应用与建模
        4.1.1 飞轮分类
        4.1.2 飞轮的安装结构
        4.1.3 飞轮的动力学模型
    4.2 摩擦力矩模型的建立
        4.2.1 摩擦力矩分析
        4.2.2 摩擦动态模型
    4.3 飞轮控制系统设计
        4.3.1 飞轮的性能要求
        4.3.2 飞轮的工作模式
        4.3.3 力矩指令下的速率反馈控制系统设计
    4.4 仿真结果与分析
        4.4.1 摩擦干扰力矩仿真
        4.4.2 力矩指令下的速率反馈飞轮控制系统仿真
        4.4.3 飞轮系统跟踪效果仿真
    4.5 本章小结
第五章 零动量三轴稳定卫星姿态控制系统研究
    5.1 飞轮姿态控制系统
        5.1.1 卫星的动量交换控制原理
        5.1.2 姿态控制系统分类
    5.2 零动量控制系统的研究
        5.2.1 卫星三轴的耦合分析
        5.2.2 控制系统模型建立
    5.3 控制律的设计
        5.3.1 PID反馈线性化控制规律的设计
        5.3.2 滑模变结构控制律的设计
    5.4 仿真结果分析
        5.4.1 PID控制律仿真结果及分析
        5.4.2 滑模变结构控制仿真结果分析
        5.4.3 结论
    5.5 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3716069