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《微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、南京航空航天大學碩士學位論文摘要從20世紀80年代美國軍方提出了現(xiàn)代小衛(wèi)星的概念以來，微小衛(wèi)星發(fā)展迅速，成為目前航天器發(fā)展的一個重要方向。作為現(xiàn)代微小衛(wèi)星的關鍵部分，現(xiàn)代微小衛(wèi)星的姿態(tài)控制系統(tǒng)需具有結構簡單、質量輕、可靠性高和低成本等特點。本文以某具體衛(wèi)星的姿態(tài)控制系統(tǒng)的方案論證為背景，對微小衛(wèi)星的姿態(tài)確定技術、主動磁控技術和姿控算法的硬件實現(xiàn)問題進行了研究。主要研究工作如下：較全面、系統(tǒng)的總結了歐拉角和四元數(shù)兩種衛(wèi)星姿態(tài)描述方法，建立了完整的衛(wèi)星姿態(tài)運動模型，并分析了衛(wèi)星受到的各種環(huán)境力矩的數(shù)學模型。姿態(tài)確定方面：對微小衛(wèi)星的姿態(tài)敏感器的工作原理和測量方程進行
2、了研究；基于確定性方法，討論了TRIAD和QUEST兩種雙矢量定姿的具體算法，給出了一種利用地磁矢量和紅外地平儀聯(lián)合定姿的粗定姿算法；基于狀態(tài)估計法，利用擴展卡爾曼濾波，設計了基于“紅外地平儀+太陽敏感器+磁強計”的聯(lián)合濾波定姿算法和基于磁強計的俯仰通道與滾動/偏航通道解耦的卡爾曼濾波定姿算法。通過仿真算例對各定姿算法的定姿精度和適用范圍進行了驗證。主動磁控方面：介紹了執(zhí)行機構磁力矩器的工作原理和磁控力矩的特點，討論了磁矩生成和分配的兩種方式；設計了衛(wèi)星在初始速率阻尼階段的磁控算法；針對偏置動量衛(wèi)星的運動特性，對其俯仰通道和滾動/偏航通道分別設計了相應的磁控算法
3、；由于偏置動量輪有可能會停轉，工程中常將重力梯度桿作為一種備份執(zhí)行機構，針對重力梯度穩(wěn)定衛(wèi)星，設計了基于歐拉角反饋和基于四元數(shù)反饋兩種形式的PD磁控算法。仿真算例表明所設計的磁控算法是有效的。最后對微小衛(wèi)星姿控算法的FPGA實現(xiàn)進行了初步研究。以Altera公司的StratixII系列的EP2S60F1024C4芯片作為目標器件，利用VHDL語言實現(xiàn)了偏置動量小衛(wèi)星的雙通道解耦的磁強計濾波定姿算法和相應的磁控算法，并利用Maltab/Simulink和Modelsim，構建了基于“Linkformodelsim”的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制仿真系統(tǒng)，對實現(xiàn)的姿控算法進行了
4、功能級仿真。結果表明，本文設計的姿控算法的FPGA實現(xiàn)在功能級是正確的。關鍵詞：微小衛(wèi)星，姿控系統(tǒng)，姿態(tài)確定，卡爾曼濾波，主動磁控，F(xiàn)PGA，VHDLI微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)研究ABSTRACTSincetheconceptofmicro-satellitewasproposedinthe80’s20centuries,itstechniqueshavemadegreatprogressinrecentyears,thedevelopmentofwhichisasignificanttrendintheaerospacearea.Asakeysectionofmi
5、cro-satellite,themicro-satelliteattitudecontrolsystemshouldhavethefeatureofsimpleconfiguration,lightweight,highreliabilityandlowcost.Inthispaper,takingaspecificmicro-satellite’attitudecontrolsystemasanexample,themethodofmicro-satelliteattitudedetermination、magneticattitudecontrolandt
6、heirhardwarerealizationarestudied.Themainworkdoneisasfollows:Atfirst,theattituderepresentationofEulerAngleandQuaternionareanalyzedandgeneralized.Thentheattitudekinematicsanddynamicmodelsaredeveloped.Themodelsofenvironmentaltorquesarealsodiscussed.Aboutattitudedetermination:theattitud
7、esensor’smeasuretheoriesarestudiedandtheirmeasureequationsareestablished.Then,thedeterministicmethod,includingTRIADandQUESTalgorithmwhichdeterminetheattitudefromdoublevectorobservationsandasimpleattitudedeterminationmethodusinginfraredearthsensorandmagneticvector,arepresented.Basedon
8、stateestimat
