基于模块化的三轴稳定卫星姿控系统仿真

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1、第29卷第9期计算机仿真2012年9月文章编号：1006—9348(2012)09—0091—05基于模块化的三轴稳定卫星姿控系统仿真粱骁俊(清华大学航空航天学院，北京100084)摘要：研究卫星姿控系统快速建模问题，根据姿态控制原理以及控制系统的基本结构，遵循“开放性”、“集成性”和“模块化”等原则，提出建立了三轴稳定卫星姿态控制系统仿真通用模块库，并通过一个仿真算例验证了模块库的有效性。该库划分为执行机构、代数法姿态确定、常用模块、控制器、动力学与运动学、敏感器、空间环境和状态估计姿态确定等八大类功能模块，可嵌人到MATLAB平台中，使用方便，而且可以对模块库不断扩展改

2、进，为三轴稳定卫星姿态控制系统设计与仿真验证提供了一个快速有效方法。关键词：三轴稳定卫星；姿态控翩；偏置动量轮；仿真通用模块库中图分类号：Vd48．22文献标识码：BSimulationof3——AxisStableSatelliteAttitudeControlSystemBasedonModularizationLIANGXiao—iun(SchoOlofAerospace，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)ABSTRACT：Accordingtotheprincipleandthestructureof3-axisstabl

3、esatelliteattitudecontrolsystem，aunitizedMATLAB／Simulinkmoduleslibraryfor3-axisstablesatelliteattitudecontrolsystemwasbuildtoresolvelheproblemoffleetlymodeling．Itwasdesignedfollowingthreerules：openness，integrationandmodulafization，thenitsvaliditywaftprovedbyasimulationexample．Thelibrarycan

4、beembeddedintotheplatformofMATLAB／Simulink，whichin—eludeseightblocks：Actuators，AlgebraADBlocks，CommonlyUsedBlocks，Controllers，DynamicsandKinemat—ics，SensorModels，SpaceEnvironmentBlocksandStateEstimationBlocks．SoitiseasytOuseandcanbeseriallyimproved．Thismethodwillbehelpfulfor3-axisstablesat

5、elliteattitudecontrolsystemdesignandsimulation．KEYWORDS：3一axisstablesatellite；Attitudecontrol；Biasmomentumwheel：Unitizedsimulationmoduleslibraryl引言随着航天技术的发展，对三轴稳定卫星姿态控制精度和机动能力的要求越来越高。为此，需要充分利用各项技术设计控制器，使系统具有良好的稳定性。卫星姿态控制系统是星上重要而复杂的分系统之一，对于卫星顺利完成各种在轨任务起着至关重要的作用。目前，三轴稳定卫星姿态控制系统⋯已经具备很多成熟的设计方法

6、和手段，而且在任务需求的不断推动下，姿态控制技术曙圳在不断地发展革新，因此，需要一种有效的手段将这些设计方法和经验有效地利用起来，为新任务的设计和验证提供帮助。另外，随着航天飞行任务的日益频繁，对建模的规范化和快速性也提出了更高的要求。本文基于以上考虑，将三轴稳定卫星姿态控制问题按功能进行分类，基于MATLAB／Simulink平台建立了姿态控制系统仿真模块库，并收稿13期：2011一11—23修回13期：2011—12—13将模块库嵌入到MATLAB／Simulink平台中。为了验证模块库的有效性，设计了一个仿真算例进行验证。该算例采用偏置动量轮作为执行机构，敏感器为星敏

7、感器和陀螺组合，动力学与运动学采用了主体动力学、子体动力学、帆板动力学和姿态运动学模块，考虑了引力梯度力矩、太阳光压力矩、气动力矩以及剩磁力矩等环境干扰力矩的影响，采用了基于Kalmml滤波的状态估计姿态确定算法，由于本文算例中的姿态控制通道的数学模型可视为双积分环节，因此选用了PD控制器。算例用到了模块库中八大类功能模块库中的子模块，因此对模块库的验证具有一般性。2三轴稳定卫星姿态控制建模2．1三轴稳定卫星姿态控制系统的基本原理与结构三轴稳定卫星姿态控制系统的基本原理是：首先通过姿态敏感器测量卫星的姿态角和角速度