三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著航天事業(yè)的飛速發(fā)展，高精度三軸穩(wěn)定衛(wèi)星越來(lái)越受到人們的關(guān)注。要保證衛(wèi)星的高精度、高可靠性和穩(wěn)定的在軌運(yùn)行，就意味著必須保證衛(wèi)星有足夠的指向精度和控制穩(wěn)定度。論文研究分別從三軸穩(wěn)定衛(wèi)星的姿態(tài)確定和姿態(tài)控制兩個(gè)方面展開(kāi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析證實(shí)了所采用的方法能夠滿足衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)的指向精度與控制穩(wěn)定度。在此基礎(chǔ)上，使用VC++軟件開(kāi)發(fā)三軸穩(wěn)定衛(wèi)星控制系統(tǒng)仿真軟件，來(lái)幫助提高仿真效率。論文所作的主要工作如下：
　　 對(duì)衛(wèi)星控制系統(tǒng)中常用

2、的參考坐標(biāo)系進(jìn)行定義。分別研究了歐拉角和四元數(shù)兩種數(shù)學(xué)描述方法，然后基于歐拉角和四元數(shù)建立衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模型，其中包括姿態(tài)動(dòng)力學(xué)、姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)以及環(huán)境干擾模型?？偨Y(jié)控制理論基本定理和定義。
　　 分別描述幾種經(jīng)典姿態(tài)確定方法：參考矢量法、慣性測(cè)量法和狀態(tài)估計(jì)法，并重點(diǎn)對(duì)狀態(tài)估計(jì)法中應(yīng)用廣泛的擴(kuò)展卡爾曼濾波(Extended Kalman Filter，EKF)方法進(jìn)行研究。根據(jù)建立的EKF姿態(tài)估計(jì)器，分別對(duì)“陀螺儀+紅外地球敏感器+

3、數(shù)字太陽(yáng)敏感器”和“陀螺儀+星敏感器”兩種組合的姿態(tài)確定系統(tǒng)進(jìn)行研究，推導(dǎo)其濾波誤差方程以及建立測(cè)量方程。仿真結(jié)果表明前者在太陽(yáng)陰影區(qū)內(nèi)會(huì)導(dǎo)致姿態(tài)確定系統(tǒng)的測(cè)量精度降低，但是依舊能夠滿足系統(tǒng)要求。后者相對(duì)于前者有著更高的測(cè)量精度。
　　 建立了飛輪控制系統(tǒng)中的飛輪數(shù)學(xué)模型，同時(shí)總結(jié)衛(wèi)星動(dòng)量控制原理。針對(duì)整星零動(dòng)量的三軸穩(wěn)定衛(wèi)星控制系統(tǒng)，分別設(shè)計(jì)了PID控制律和滑模變結(jié)構(gòu)控制律，對(duì)兩種控制律進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明傳統(tǒng)PID控制律能