基于Simulink实时工具的小卫星姿控物理仿真.pdf

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1、·应用研究·王屹裴蓓基于Simulink实时工具的小卫星姿控物理仿真53基于Simulink实时工具的小卫星姿控物理仿真王屹，裴蓓(长春职业技术学院工程技术分院，吉林长春130033)摘要：针对小卫星姿态控制系统的设计和研制需要，应用高精度单轴气浮台模拟小卫星在轨运行时的微重力、无摩擦的环境，借助Simulink模块库建立了实时控制系统软件模型，利用反作用飞轮、光纤陀螺、数显表、控制计算机等物理设备快速构建了简化的小卫星姿态控制仿真硬件系统，并进行了姿态控制物理仿真实验，实验结果表明，仿真系统具有较高的姿态指向精度和稳定度

2、，能够达到小卫星姿态控制仿真要求。关键词：小卫星；姿控物理仿真；实时工具中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：1672—1616(2011)15—0053—04小卫星控制系统物理仿真是集控制理论、控制b．小卫星姿态建模。计算机技术、数据处理技术、信息通信技术及相似小卫星姿态一般以非线性六自由度方程来描性原理等的一项综合性技术。目前，国内外在卫星述，而特殊情况下要考虑挠性和液体晃动的影响。控制系统研制过程中，都在进行以各类气浮转台为e．性能分析和系统控制方案的选择。对象的地面仿真【卜2l，对卫星在轨运行时姿态控通过仿真

3、可以实现系统的控制，包括明确小卫制系统的稳定性、可靠性和控制系统动态性能进行星控制系统所要达到的控制指标、采用的姿态测量地面验证。敏感器的精度需求及组合形式、相应的确定算法、本文对小卫星姿控物理仿真系统进行设计，利姿态控制的算法、执行机构的种类、力矩精度和角用高精度单轴气浮转台、反作用飞轮、PC一动量的容限、控制计算机的性能、控制周期的确定104586SEV及串口卡、光纤陀螺、圆感应同步器、数以及控制器稳定性分析等。显表等硬件条件和MATLAB—Simulink实时工具、d．小卫星仿真系统数据的下传。硬件驱动包等软件资源，

4、建立了小卫星物理仿真系对于小卫星仿真实验，对实验数据的记录和处统，同时对该仿真系统进行了姿态控制算法仿真。理十分重要，台上数据主要有转台的角速度数据、姿态角度误差数据、飞轮转速数据、工作模式数据1小卫星姿控物理仿真系统简介等，这些数据的采集将为控制系统设计和分析提供中低轨道的小卫星姿控仿真系统的测量部件重要依据。主要采用光纤陀螺，同时用数显表的数据处理后来e．小卫星姿控的离线设计和数学仿真。基于实验数据对小卫星数学模型进行修改和模拟星上的光学敏感器的姿态信息输出。执行部件主要有框架控制力矩陀螺、推力器等。姿态控制校核，使之

5、更接近实际，这样对控制系统的设计将更有效率。在这个环节需做到离线设计与实时仿程序在台上仿真计算机中运行，接收并处理敏感器真实验基本吻合，这样设计出来的控制系统才更有信息、计算控制指令并发送。小卫星仿真中的主要实用价值。工作内容如下l_3_4J：a．小卫星轨道环境分析。对于中低太阳同步近圆轨道的空间环境，小卫2基于实时工具的小卫星姿控物理星将受到较大的气动力矩、剩磁力矩、重力梯度力仿真系统组成矩和较小的太阳光压力矩。而相应的仿真实验中2．1实时仿真工具介绍要对系统所在环境的干扰进行评估和测量。xPCTarget是MathWo

6、rks中的一个工具箱环收稿日期：2011—06—1O作者简介：王屹(1964一)，女，吉林长春人，长春职业技术学院副教授，主要从事自动化技术方面的教学与实践工作。542011年8月中国制造业信息化第40卷第15期境，它是在标准的PC兼容机下运行的一种实时系执行机构采用反作用飞轮，主要技术指标：饱统。在xPCTarget环境下，用户可将安装了和角动量为1．00N·m·s；最大输出力矩为0．1N·MATLAB、Simulink和Stateflow软件的PC机作m；最大转速为6500r／min。为宿主机，可以用Simulink和

7、Stateflow建模工具敏感器采用俄罗斯的VG951一D光纤陀螺，来建立用户所需的模型并进行非实时的仿真。然其主要技术指标：测量范围为±80。is；随机游走为后用RT、V、Stateflow代码生成器和C编译器来生0．15。／~／h(3o)；测量精度为0．001。／s；常值漂成可执行代码，在第二个PC兼容机上进行实时的移<1。／h。运行。图1显示了xPCTarget与其他被控／被测同时利用数显表的输出来对陀螺进行最小方对象等硬件组成的应用系统。差滤波，以去除陀螺的漂移。利用软件模型来模拟2．2基于实时仿真工具的小卫星姿控

8、仿真小卫星在轨工作时不同工作模式下的敏感器的姿系统组成态信息。采用蓄电池为仿真系统供电，利用DC／8．硬件组成。DC模块进行电平转换。应用蓝牙串口完成仿真系统和台下计算机的基于实时仿真工具的小卫星姿控仿真系统的硬件结构如图1所示，图2是已经搭建完成的基于工程数据传输。利用无线局域网进行程序的下载实时仿真