基于Matlab与FPGA的小卫星姿态控制系统的设计与仿真

摘要

本文主要论述了微卫星姿态控制系统的设计。在空间科技高速发展的背景下，研究建立在FPGA基础上的硬件控制对星体三轴稳定姿态控制的仿真与实现，进行了硬件回路仿真。有多种执行器可以控制卫星的姿态，零动量反作用轮是其中的一种。通过建立其数学模型，导出其输入输出的关系函数，从而对通过基于FPGA设计得的控制器进行可行性研究。PID控制器的设计，研究了控制仿真系统及其有效性。基于Matlab/Simulink进行时序仿真，通过JTAG接口的特点，将FPGA Spartan-3E开发板接入硬件回路进行仿真与验证，对最终能否实现设计要求提供了可供借鉴的数据及设计流程。星载设备要求运算速度快，而且占用空间一定要小，所以本文所设计PID控制器是基于乘法器逻辑电路设计的。运用Verilog HDL硬件语言，实现了基于FPGA的零动量轮对星体姿态控制硬件的布局布线设计，并与Simulink数字仿真的结果进行了比对，可以得出所设计的系统是有效和可行的。