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基于集成平台的应用技术案例研究

作　者: 周宏伟
导　师: 梁加红
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 卫星一体化姿态确定姿态控制 RT-LAB
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

论文以航天东方红卫星公司搭建的RT-LAB+QNX集成平台的研究计划为背景,根据XX-1卫星的功能和指标要求,首先从理论上较为全面的研究了三轴稳态卫星的姿态确定和控制技术,确定了具体的卫星姿态控制系统设计方案,并对外部干扰力矩、敏感器模型、执行部件模型、磁控算法与动力学模型等相关技术做了详细研究。根据微小卫星的技术特点和开发流程,以MATLAB/Simulink和RT-LAB实时仿真平台为基础,研究与设计了小卫星姿态控制仿真系统模型,形成了硬件、软件一体化的仿真平台。仿真结果表明,星上计算机预测的姿态角和姿态角速率与动力学方程得出的结果吻合,姿态确定精度较高,稳定度较好。根据RT-LAB实时仿真平台的工作方式和特点,将模型下载到目标机上运行,结果与mabtlab/Simulink仿真结果相一致,实现了模型的实时仿真运行。最后提出了基于集成平台的小卫星一体化设计方案,并对课题做了进一步的总结与展望。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章绪论  8-12
  1.1 课题背景及意义  8-9
  1.2 姿控系统的研究现状和发展趋势  9-10
  1.3 微小卫星一体化测试平台的研究现状和发展趋势  10
  1.4 本文主要工作以及组织结构  10-12
第二章卫星姿态控制系统数学模型  12-28
  2.1 参考坐标系定义及坐标变换  12-14
    2.1.1 参考坐标系  12-13
    2.1.2 坐标系转换  13-14
  2.2 卫星本体数学模型  14-21
    2.2.1 卫星姿态的描述  14-18
    2.2.2 姿态运动学方程  18-19
    2.2.3 姿态动力学方程  19-20
    2.2.4 三轴稳定卫星姿态运动特性  20-21
  2.3 卫星姿态确定系统  21-23
    2.3.1 惯性基准单元  21-22
    2.3.2 红外地平仪  22
    2.3.3 数字太阳敏感器  22-23
    2.3.4 磁强计  23
  2.4 卫星姿态控制系统  23-27
    2.4.1 飞轮控制  23-24
    2.4.2 喷气控制  24-25
    2.4.3 相平面控制率  25-27
  2.5 UML建模  27
  2.6 本章小结  27-28
第三章姿轨控方案设计与关键技术研究  28-43
  3.1 姿轨控任务分析及设计原则  28
  3.2 方案描述  28-31
    3.2.1 姿态确定方案描述  28-30
    3.2.2 姿态控制方案描述  30
    3.2.3 轨道控制方案设计  30-31
  3.3 外部干扰力矩分析  31-33
    3.3.1 重力梯度力矩  31-32
    3.3.2 气动阻力力矩  32
    3.3.3 太阳光压辐射力矩  32-33
    3.3.4 地磁力矩  33
  3.4 敏感器模型和姿态确定算法技术研究  33-38
    3.4.1 陀螺模型  33-34
    3.4.2 太阳敏感器模型  34
    3.4.3 地磁模型及磁强计模型  34-35
    3.4.4 红外地球敏感器模型  35-36
    3.4.5 利用陀螺的姿态预估算法  36
    3.4.6 红外地球敏感器修正姿态算法  36-37
    3.4.7 太阳敏感器修正姿态算法  37-38
  3.5 执行部件模型和姿态控制算法技术研究  38-39
    3.5.1 动量轮  38-39
    3.5.2 磁力矩器  39
    3.5.3 偏置动量轮控制律设计  39
  3.6 磁控算法技术研究  39-40
    3.6.1 磁力矩器动量矩控制  39-40
    3.6.2 磁力矩器卸载  40
  3.7 动力学模型研究  40-42
  3.8 本章小结  42-43
第四章卫星姿态控制仿真模型实现  43-57
  4.1 Simulink仿真集成环境以及S函数的实现方法  43-45
  4.2 模型总体设计  45-47
  4.3 动力学模块  47-52
    4.3.1 模块方框图  47-50
    4.3.2 主要功能模块设计  50-52
  4.4 控制器执行机构模块  52-54
    4.4.1 模块方框图  52-53
    4.4.2 主要功能模块设计  53-54
  4.5 仿真模型初始化与仿真结果分析  54-56
  4.6 本章小结  56-57
第五章卫星姿态控制模型在RT-LAB平台下的仿真分析  57-65
  5.1 MATLAB+RT-LAB集成平台简介  57-60
    5.1.1 RT-LAB简介  57-58
    5.1.2 RT-LAB基本结构  58-59
    5.1.3 RT-LAB集成平台的优越性  59-60
  5.2 卫星模型在RT-LAB中的运行准备  60-61
  5.3 改进后的卫星模型以及在RT-LAB中的仿真结果  61-64
  5.4 本章小结  64-65
第六章基于集成平台的卫星一体化设计方案  65-73
  6.1 卫星一体化设计思想  65-66
  6.2 适用于卫星一体化设计的集成平台研究  66-70
    6.2.1 RT-LAB半物理仿真技术特点分析  66-67
    6.2.2 基于集成平台的半物理仿真研究  67-70
  6.3 基于集成平台的卫星一体化设计方案  70-72
  6.4 本章小结  72-73
总结和展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
附录一欧拉角、欧拉角速度计算模块S函数主要代码  78-80
附录二喷气控制模块S函数主要代码  80-82

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