基于DSP的五自由度气浮台姿态控制系统设计

摘要

随着航天事业的高速发展,航天任务更加多样化,也将面临更大的挑战和更多的技术难题。这就要求设计的航天器具备更多的功能,要有更加精密的结构及复杂且可靠的控制系统。这无疑会增加昂贵的物力和人力的投入,为了将风险减到最小,在每次发射飞行前,都必须进行大量的地面仿真验证。气浮仿真平台能模仿太空中的微重力环境,能有效地对控制系统的精确性及可靠性进行验证,且其制作成本相对较低并能重复使用。可见,气浮台仿真平台的研制工作对航天事业的发展具有重要意义。本文着眼于研究五自由度气浮仿真平台的姿态控制,设计基于DSP的姿态控制系统。
　　本文首先介绍了五自由度气浮仿真台姿态控制系统的总体结构,分析了功能需求。选择TI公司新一代的高性能双核DSP作为核心微控制器,完成硬件系统电路设计。在此基础上,对各个功能模块完成了接口程序及执行器驱动程序的设计。
　　其次在已有的姿态描述方法及刚体动力学、运动学的理论基础上,推导出了气浮仿真台的姿态运动数学模型。针对不同的执行机构,分别推导了喷气控制及轮控系统的姿态动力学模型。
　　最后结合气浮台姿态运动学、动力学方程,针对冷气推进和反作用飞轮两种执行机构分别搭建了仿真模型,设计了PD控制律并进行了仿真验证。在考虑不确定性及外界干扰的情况下,设计了一种非线性积分滑模姿态控制器并进行了仿真验证。

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第一章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2 气浮仿真平台研究现状

1.3 DSP技术及其发展趋势与应用简析

1.4 主要研究内容

第二章 姿态控制系统硬件设计

2.1引言

2.2总体结构简介

2.3核心微控制器（MCU）简介

2.4 最小系统的设计

2.5通信接口与驱动电路

2.6 本章小结

第三章 姿态控制系统软件设计

3.1引言

3.2串行通信接口程序设计

3.3 CAN通信接口程序设计

3.4无线通信模块调试程序设计

3.5 ePWM模块的配置与编程

3.6本章小结

第四章 气浮台姿态描述与运动建模

4.1引言

4.2姿态描述

4.3姿态运动学方程

4.4 喷气系统姿态动力学方程

4.5 轮控系统姿态动力学方程

4.6 本章小结

第五章 气浮台姿态控制器设计与仿真

5.1引言

5.2基于冷喷气的姿态控制系统设计

5.3基于反作用飞轮的姿态控制系统设计

5.4非线性积分滑模控制律设计

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢