某型三轴稳定卫星姿态确定及控制系统研究

摘要

卫星要在运行轨道上完成一定的任务，必须控制卫星在空间的运动。卫星姿态确定和姿态控制技术是卫星技术中最重要的技术之一，其中姿态确定是进行姿态控制的前提。　　大多数的卫星上都配有星敏感器、太阳敏感器这类高精度的敏感器，而一旦这类敏感器失效，姿态确定系统将不能够精确确定卫星姿态。为了提高姿态确定系统的可靠性，本文在高精度敏感器失效的情况下采用“陀螺＋红外地平仪＋磁强计”这种组合方式进行组合定姿，保证系统正常工作。　　卫星在绕地飞行的过程中，由于气动力矩、重力梯度力矩、太阳光压力矩等干扰的存在，卫星不但受到常值干扰的扰动还受到周期干扰的扰动。传统控制器只是采用积分控制作用以抑制干扰，但是积分控制不能抵消周期干扰的影响。周期干扰的存在会影响卫星的姿态控制精度并引起飞轮角动量的振荡，这是不是我们所期望的。本文在传统控制器的基础上加入周期干扰滤波器来抵消这些固定频率的周期性干扰，从而大大的提高控制精度。　　在实际的航天工程中，高精度角速率传感器（如陀螺）通常都是高成本的，即便有能力配置角速率敏感器，一旦它们工作失效，那将导致全状态的控制律无法正常控制。本节文将要针对非线性模型设计一种无需角速率信号的输出反馈控制律。尤其当角速度敏感器失效的时候，这种控制律在不添加任何硬件的情况下，可以作为一种冗余控制继续对姿态进行控制，实际意义非常明显。　　当matlab仿真完成、理论得到验证之后，下一步就要设计相应的实时仿真软件，为下一步的半实物仿真做准备。通常的卫星实时仿真软件采用结构化的设计方法，但这种方法对于程序的可重用性、可扩展性差。程序中的数据和功能模块相分离。一旦在原有基础上添加新的功能，就必须添加新的数据，从而就要更改与之相关的所有功能模块，工程浩大且重用性差。本文采用一种面向对象的设计取代结构化设计方法来提高软件的可重用性、可扩展性、易维护性。

目录

某型三轴稳定卫星姿态确定

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 卫星姿态描述与动力学建模

2.1 引言

2.2 参考坐标系的定义及坐标转换

2.3 卫星姿态运动学方程

2.4 刚体卫星姿态动力学建模

2.5 本章小结

第3章 三轴稳定卫星姿态确定系统研究

3.1 引言

3.2 姿态敏感器测量模型

3.3 “陀螺＋红外地平仪＋磁强计”姿态确定系统研究

3.4 姿态确定算法仿真及分析

3.5 本章小结

第4章 三轴稳定卫星姿态控制系统研究

4.1 引言

4.2 线性控制律设计

4.3 非线性控制律设计

4.4 本章小结

第5章 基于VC++的卫星姿态控制仿真软件设计

5.1 引言

5.2 软件设计原理

5.3 仿真结果

5.4 本章小结

结u3000论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致 谢