三轴稳定卫星姿态控制系统研究

发布时间：2017-06-02 23:14

  本文关键词：三轴稳定卫星姿态控制系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 航天技术是现代科学技术中最具有影响力的高技术之一,随着通信、遥感等卫星的广泛应用,高精度、长寿命的卫星姿态控制系统成为人们对卫星关注和研究的焦点。 卫星的姿态控制系统包括姿态的确定和姿态的控制两部分,姿态的确定是研究卫星相对于某个基准的姿态定位,而姿态控制是指卫星在某个规定或预先确定的方向上定向的过程。本文限于篇幅,仅对姿态的控制部分进行了分析,如果没有特殊说明,文中所说的姿态控制系统均不包括姿态的确定部分。 本文较为系统地研究了三轴稳定卫星的姿态控制系统,并在姿态控制规律的设计方面进行了较为深入的研究。论文主要工作如下: 首先,建立了完整的卫星姿态控制系统的数学模型。其中包括星体运动学模型、星体动力学模型、执行机构模型及环境干扰力矩模型。分析了卫星姿态控制系统常用的执行机构及其特性。 然后针对偏置动量飞轮系统,基于经典控制理论设计俯仰通道的PID控制律,根据滚动—偏航通道耦合的特点,分别讨论了由轨道角频率和章动频率引起的长周期运动和短周期运动。其中长周期运动控制律设计时,结合了喷气推力控制来辅助偏置动量控制;短周期运动控制中,为了解决不能获得角速度信号的问题,采用Terasaki提出的非最小相位控制器进行控制。 针对零动量飞轮系统,首先对零动量轮的可靠性进行了分析,并且给出了常用的几种应用于卫星的零动量轮执行机构的安装结构。在此基础上对卫星模型进行了合理的简化,得到简化了的系统模型。首先设计了传统的PID控制器。 而后同样在简化模型的基础上,设计了一种典型的Mamdani型纯模糊逻辑控制器并进行了仿真。模糊控制作为一种人工智能控制有着可以和PID相比拟的控制精度,而且适用范围广,对于参数可变的被控对象有着很强的鲁棒性。
【关键词】：三轴稳定卫星 姿态控制系统 零动量执行机构 偏置动量执行机构 模糊逻辑控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：V448.22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景9
• 1.2 卫星姿态控制系统的现状9-15
• 1.2.1 卫星的姿态控制方式10-14
• 1.2.2 卫星的控制律14-15
• 1.3 论文的主要研究内容15-17
• 第2章 参考坐标系及姿态描述方法17-23
• 2.1 参考坐标系17
• 2.2 姿态描述方法17-22
• 2.2.1 欧拉角19-20
• 2.2.2 四元数20-21
• 2.2.3 欧拉角与四元数之间的转换21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 卫星姿态数学模型的建立23-29
• 3.1 卫星姿态运动学模型23-25
• 3.1.1 欧拉角描述的卫星运动学模型23-24
• 3.1.2 四元数描述的卫星运动学模型24-25
• 3.2 卫星姿态动力学模型25
• 3.3 执行机构与测量机构模型25-26
• 3.4 干扰力矩模型26-27
• 3.4.1 重力梯度力矩26-27
• 3.4.2 太阳光压力矩27
• 3.4.3 气动力矩27
• 3.5 本章小结27-29
• 第4章 偏置动量轮卫星姿态控制系统29-37
• 4.1 卫星姿态控制系统的执行机构29
• 4.2 偏置动量轮系统29-31
• 4.2.1 偏置动量轮的典型安装结构29-30
• 4.2.2 偏置动量轮执行机构的数学模型30-31
• 4.3 偏置动量轮控制规律的设计31-36
• 4.3.1 俯仰通道控制规律的设计31-32
• 4.3.2 滚动—偏航通道控制规律的设计32-36
• 4.4 本章小结36-37
• 第5章 零动量轮卫星姿态控制系统37-51
• 5.1 零动量飞轮系统37-40
• 5.1.1 零动量轮的可靠性分析37
• 5.1.2 零动量轮的典型安装结构37-38
• 5.1.3 零动量轮执行机构的数学模型38-40
• 5.2 PID控制器的设计40-43
• 5.3 模糊逻辑控制器的设计及仿真43-50
• 5.3.1 模糊逻辑控制系统43-44
• 5.3.2 模糊逻辑控制器的设计44-47
• 5.3.3 仿真分析47-50
• 5.4 本章小结50-51
• 结论51-53
• 参考文献53-56
• 攻读学位期间发表的学术论文56
• 个人简历56-57
• 哈尔滨工业大学硕士学位论文独创性声明57
• 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书57
• 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理57-58
• 致谢58

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