文档介绍：摘要本文以某一具体卫星为研究对象,较为系统地研究了三轴稳定卫星的姿态控制系统,并在姿态确定算法、控制规律设计方面进行了较深入的研究。文章的主要工作如下:·卫星建模研究:较全面、系统地总结了各种姿态描述法、包括它们的定义、计算法则、运动学方程、换算关系及优缺点。基于四元数和欧拉角建立了完整的卫星姿态运动模型。●姿态确定系统的研究:基于某气象卫星,具体设计了“红外地平仪阳敏感器徘考啤蔽尥勇菽J降淖颂范ㄏ低常舾衅鞯呐渲谩算法建模和理论分析、仿真验证等。●基于“星敏感器庀送勇荨弊楹隙ㄗ寺瞬ㄋ惴ǖ难芯浚禾岢隽嘶诼波算法的星敏感器和光纤陀螺组合的方案,并采用推广卡尔曼滤波进行信息融合,仿真结果表明:即使采用中等精度的陀螺组件,也可以实现高精度定姿。●姿态控制系统的研究:对于三轴稳定卫星的姿态控制系统有多种方案,如喷气控制,飞轮控制等。本文针对零动量飞轮,基于经典控制论设计了蠢∠咝曰刂坡桑⒎治隽似湮榷ㄐ院吐嘲粜裕徽攵云枚轮系统,基于经典控制论设计了俯仰通道的刂坡珊凸龆黄ê酵道的非最小相位控制律。论文的主要贡献:对低成本小卫星,采用无陀螺的姿态确定算法,能够达到精度要求;提出的星敏感器和光纤陀螺组合定姿算法,通过仿真,能够是达到高精度的要求;对于零动量轮控方案,提出一种改进的刂乒媛桑ü抡妫有更好的效果。关键词:三轴稳定卫星,姿态确定和控制系统,卡尔曼滤波,光纤陀螺,挠性附件,飞轮执行机构中文摘要
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本文受陕西省自然科学基金项目资助,特此致谢刚体姿态控制及其在综合火力/飞行控制中的应用基金项目名称:项目代号:
,己经走过了多年辉煌的历程。实践表明:人类在不断的研究、探索和利用空间的征途中已经取得了巨大成绩,并造福于人类。在我国迄今为止,也已独立自主地研制成功了多颗人造卫星,其中的通信卫星、气象卫星、资源卫星、对地遥感卫星和科学实验卫星等都投入使用并产生了巨大的社会经济效益。从年,“神舟号”飞船的首发成功,至铡吧裰畚搴拧痹厝朔船的成功发射,标志着我国载人航天技术己取得重大突破,是我国航天史上又~个新的里程碑;再至阬日“神州六号”载人飞船首次成功地将两人送入太空,并进行了多天的绕地飞行,成功地完成了更大的科学任务;进一步证明了中国航天事业已经走到了世界的前列。卫星技术中最重要的问题之一是姿态确定和控制。姿态确定是研究卫星对于某个基准的姿态定位,而姿态控制是指卫星在规定或预先确定的方向上定向的过程。随着对应用卫星高精度、长寿命、高可靠性的发展趋势要求,对卫星姿态确定和控制系统的要求也越来越高。。正是在这种背景下,本文通过对某一颗具体卫星进行研究,从理论上对三轴稳定卫星的姿态确定和控制系统,进行了进一步入的探讨。姿态确定是姿态控制的前提,它的任务是利用星上的姿态敏感器测量所得的信息,经过适当的处理,求得固连于卫星本体坐标系相对于空间参考坐标系中的姿态。姿态确定系统主要由姿态敏感器和相应的信息处理算法即姿态确定算法组成,姿态确定精度取决子姿态敏感器硬件精度和姿态确定算法的精度。目前,所采用的姿态敏感器中,星敏感器精度最高,太阳敏感器和地球敏感器精度次之,磁强计精度最低,但其成本也低,一般应用在小卫星上或在其他姿西北上业大学硕士学位论文第一章结论
.颂范ㄋ惴求的卫星,例如印度爿印拓卫星等。态敏感器失效的情况下作为补救措施;陀螺可连续测得卫星相对于惯性空间的姿态角速度,积分可得姿态角,但由于陀螺存在偏移,需要外部信息进行补偿。考虑到各种姿态敏感器的优点和缺陷,进一步提高姿态精度和可靠性,一般不单独采用某一种姿态敏感器进行三轴姿态测量和确定,而采用几种敏感器的组合。目前典型采用的姿态敏感器组合方式包括:惶淄勇葑榧惯性基准元件礁鲂弊靶敲舾衅冗余敏感器太阳敏感器、磁强计P敲舾衅骶ǘ茸罡撸颂范ňǘ雀撸庞贠.#虼苏种方式广泛应用于高精度要求的卫星。例如美国ǘ扔庞.。。然而,星敏感器视场较窄,因此需要其它敏感器进行粗定姿或备份,这种组合方式成本较高。惶淄勇葑榧惯性基准元件礁龊焱獾仄揭一套数字太阳敏感器徘考啤:焱獾仄揭呛褪痔裘舾衅鞑饬烤ǘ冉细撸ǖ仄揭俏薹ú饬星体偏航信息,而太阳敏感器在地影区内无法工作,因此这两种敏感器常组合使用。这种方式姿态确定精度较高,优于。,而且成本适中,适用于中等精度要渌楹戏绞剑纭巴勇地平仪”方式ê阶颂赏勇荻ㄖ嵝岳幢3。徊捎