三轴稳定卫星姿态控制系统研究

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1、国内图书分类号：V448.22+2国际图书分类号：629.783工学硕士学位论文三轴稳定卫星姿态控制系统研究硕士研究生：褚庆军导师：王庆超教授申请学位：工学硕士学科、专业：一般力学与力学基础所在单位：航天学院答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.22+2U.D.C.:629.783DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONATTITUDECONTROLSYSTEMOFTHREE

2、-AXISSTABILIZEDSATALLITECandidate：QingjunChuSupervisor：Prof.QingchaoWangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：GeneralMechanicsandFoundationofMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence:June,2006Degree-Conferring-Institution

3、：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要航天技术是现代科学技术中最具有影响力的高技术之一，随着通信、遥感等卫星的广泛应用，高精度、长寿命的卫星姿态控制系统成为人们对卫星关注和研究的焦点。卫星的姿态控制系统包括姿态的确定和姿态的控制两部分，姿态的确定是研究卫星相对于某个基准的姿态定位，而姿态控制是指卫星在某个规定或预先确定的方向上定向的过程。本文限于篇幅，仅对姿态的控制部分进行了分析，如果没有特殊说明，文中所说的姿态控制系统均不包括姿态的确定部分。

4、本文较为系统地研究了三轴稳定卫星的姿态控制系统，并在姿态控制规律的设计方面进行了较为深入的研究。论文主要工作如下：首先，建立了完整的卫星姿态控制系统的数学模型。其中包括星体运动学模型、星体动力学模型、执行机构模型及环境干扰力矩模型。分析了卫星姿态控制系统常用的执行机构及其特性。然后针对偏置动量飞轮系统，基于经典控制理论设计俯仰通道的PID控制律，根据滚动—偏航通道耦合的特点，分别讨论了由轨道角频率和章动频率引起的长周期运动和短周期运动。其中长周期运动控制律设计时，结合了喷气推力控制来辅助偏置动量

5、控制；短周期运动控制中，为了解决不能获得角速度信号的问题，采用Terasaki提出的非最小相位控制器进行控制。针对零动量飞轮系统，首先对零动量轮的可靠性进行了分析，并且给出了常用的几种应用于卫星的零动量轮执行机构的安装结构。在此基础上对卫星模型进行了合理的简化，得到简化了的系统模型。首先设计了传统的PID控制器。而后同样在简化模型的基础上，设计了一种典型的Mamdani型纯模糊逻辑控制器并进行了仿真。模糊控制作为一种人工智能控制有着可以和PID相比拟的控制精度,而且适用范围广,对于参数可变的被控

6、对象有着很强的鲁棒性。关键词三轴稳定卫星；姿态控制系统；零动量执行机构；偏置动量执行机构；模糊逻辑控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSpacetechnologyisthemostinfluencingtechnologyofmodenscienceandtechnology.withwidespreaduseofapplicationsatellite,peoplepaymoreandmoreattentiontohighaccuracyanddurabilityAtti

7、tudecontrolsystem.Attitudedeteminationandcontrolsystemofasatellitecontainstwoparts,oneistheattitudedeteminationsystemandtheotheristheattitudecontrolsystem.Deteminationofattitudeisthesearchaboutattitudearientationonabenchmark.Controlofattitudeistheacc

8、essofdirectiononthepredefineway.Thispaperonlyreferthesystemofattitudecontrolforlaceofspace.Ifthereisnospecialexplain,thecontrolsystemreferedinthispaperdoes’tcontainattitudedeteminationsystem.Thispaperstudiesontheattitudeontrolsystemofthree-axisstabil