基于STK的微小卫星姿态控制可视化演示与验证

为了探索微推进器用于微小卫星姿态控制的可行性方案,需要开发微小卫星姿态控制过程的可视化演示与验证平台.以某型号微小卫星为仿真对象,利用Matlab设计了卫星俯仰通道和滚动/偏航通道的姿态控制模型,并实现了卫星姿态控制的数据仿真.基于STK中的STK/Connect模块,实现了卫星姿态控制过程的可视化演示.在可视化过程中,结合某型号微小卫星的案例数据,验证了所设计的卫星姿态控制模型与可视化程序.     

基于多种软件平台的卫星动力学仿真研究

卫星工具包STK(SatelliteToolKit)只能对自身的模块化方案进行验证和演示。引入了三维建模技术和可视化技术,并基于STK和Matlab的无缝连接,研究建立卫星动力学仿真系统。该仿真系统采用建模软件LightWave建立卫星三维模型,利用STK/Matlab模块提供的接口功能,开发新的轨道与姿态控制模块,为用户定制的轨道与姿态控制方案提供仿真、验证和演示。     

基于H∞鲁棒控制的挠性卫星姿态控制

针对存在未建模动态、模型参数不确定性和外力矩扰动的挠性卫星，通过选择合适的加权函数将挠性卫星姿态控制问题转化为H∞混合灵敏度问题。采用H∞优化方法设计了鲁棒控制器。最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究，结果表明采用鲁棒控制器的姿控系统较传统的PID控制的姿控系统具有更好的鲁棒稳定性和抗干扰性能。     

基于xPC的小卫星半物理仿真验证平台

介绍了小卫星控制系统地面半物理仿真验证平台的系统软硬件设计,并进行了姿态控制系统仿真验证.xPC实时仿真机作为平台核心,在气浮台上与星载计算机、敏感器、执行机构等实物组成闭环控制回路.引入数据库系统对仿真数据统一管理,联合地面显示终端实现了仿真数据的可视化及仿真过程的回放.利用建立的实时仿真系统,进行了卫星三轴姿态控制半物理仿真,结果表明本仿真验证平台系统软硬件结构的正确性.     

飞行器姿态控制系统的实时仿真模型

本文对飞行器姿态控制系统实时仿真模型提出一种构造方法。对于线性环节的传递函数的数字仿真给出小步合成方法，而对于非线性环节中的间断问题采用Ｈｏｗｅ的解析平均方法，并且估计解析平均方法的误差。这些方法的组合，得到非常有效的实时仿真模型。对于非常大的积分步长，它仍能得到很精确的结果。最后，应用单轴卫星姿态控制系统的例子来验证本文给出的构造方法的优良性能。     

挠性飞行器飞轮姿态控制系统设计

针对带有大型太阳帆板的挠性空间飞行器动力学特性十分复杂的特点，通过合理的假设，采用单轴解耦分析姿态控制系统稳定性问题。采用极点配置法，按照刚体卫星设计系统PID参数，利用根轨迹，确定按刚体卫星参数设计的系统能使挠性空间飞行器控制系统具有渐近稳定性的充分条件；推导系统参数间的关系式，分析挠性空间飞行器主轴姿态控制系统稳定性问题。最后，通过仿真验证了系统的性能。     

小卫星飞轮低速摩擦补偿观测器及半实物仿真

反作用飞轮在低速过零时，摩擦力矩的突变严重影响小卫星姿态控制的精度和稳定度。文中研究了改善其低速摩擦特性的补偿观测器技术，并基于dSPACE仿真系统和实物飞轮，对该补偿观测器性能进行了半实物仿真验证。仿真结果表明，补偿观测器可有效改善姿态控制性能，克服低速摩擦对小卫星姿态控制精度和稳定度的影响。     

多任务微小卫星姿态仿真研究

为了实现在整星制约条件下,以经济而可靠的手段满足三轴稳定多任务微小卫星(MTMS)姿态控制系统的功能和性能要求,分析了MTMS的运行任务,提出了基于多任务要求的工作模式划分,并对多任务过程的姿态确定和姿态控制系统进行综合分析和设计,建立数学模型。通过仿真验证,可实现多任务微小卫星的复杂任务设计要求。     

基于MATLAB的卫星姿态控制半物理实时仿真平台

介绍了利用MATLAB的实时工具箱RTW和xPC Target，建立包括一台宿主机和两台目标机的卫星姿态控制系统半物理实时仿真平台的方法。系统仿真结果表明实时仿真结果与数学仿真结果基本一致，仿真系统实时性符合要求。该平台不但适用于系统的全数字实时仿真，扩展相应的硬件后还可用于卫星姿态控制系统的半物理实时仿真。     

运载器起飞段姿态控制性能仿真

姿态控制系统是运载器重要的子系统之一.建立了运载器起飞段侧喷流直接力姿态控制模型.运载器起飞段姿态受到诸多因素干扰,如:侧喷流干扰、姿控发动机启动延时、风干扰、结构干扰以及初始状态干扰等.衡量姿态控制系统性能的指标主要有:姿态控制精度及稳定度、侧喷流发动机燃料消耗及开机次数等.在Matlab/Simulink仿真环境下建立并综合了各种模型,根据实验数据进行了数值仿真.结果表明:在起飞段马赫数较小的情况下,侧喷流发动机能够满足运载器姿态控制的需求.     

三轴稳定小卫星LQG姿态稳定控制与仿真

建立了三轴稳定小卫星稳定工作模式下的动力学模型,在此基础上设计了用于其姿态稳定控制的线性二次高斯型（LQG）控制器。该控制器由Kalman滤波状态估计器和线性二次型最优调节器两部分组成,前者对卫星姿态信息进行滤波融合,在此基础上,后者进行反馈增益矩阵的最优化设计。由三轴正交反作用飞轮系统提供控制力矩,得到了卫星姿态稳定系统的状态空间仿真模型。仿真结果表明：设计的LQG控制器可以实现卫星姿态的精确确定和稳定控制,姿态确定精度相对于敏感器测量精度有较大提高;二次型调节器能够对卫星姿态小偏置量进行快速稳定,而且可以较好地抑制卫星稳定工作时受到的外界干扰。     

群体态度转变的非线性动力学研究方法

将非线性动力学的模型运用于群体态度转变的研究,探讨如何从方法上解决将哈肯等人提出的理论模型应用于实际的问题.采用参数估计得到转移概率、偏好参数和顺从参数的计算方法.通过对模型中参数的判断,可以得到群体态度的演化情况,确定群体的态度是处于稳定状态,还是处于变化的临界点.利用该模型可以动态地把握群体心理的演化趋势尤其是对群体心理发生突变的可能性作出预测.     

基于二阶滑模的刚体航天器姿态跟踪控制

针对存在参数不确定性和外加干扰的刚体航天器的姿态跟踪控制问题,提出一种基于二阶滑模的姿态跟踪控制方法。首先介绍高阶滑模控制基本原理,并建立基于修正罗德里格参数(modified Rodrigues parameter, MRP)描述的航天器数学模型,采用李雅普诺夫第二法推导二阶滑模姿态控制律。理论分析和仿真结果表明该方法能够有效消除系统抖振,并实现航天器姿态跟踪的精确定位,且系统具有全局稳定性和鲁棒性。     

齿轮齿条式构型航天器设计及其动力学仿真

基于航天器结构的模块化设计概念,设计了一种新的在轨展开航天器构型,即齿轮齿条式构型。利用虚拟样机技术,在ADAMS软件中建立了这种新型航天器在轨展开的虚拟样机。首先研究了航天器本体以不同的驱动速度展开对航天器姿态角及姿态角速度的影响。其次,对航天器本体和太阳帆板的三种展开顺序进行了仿真,即本体模块和太阳帆板同时展开、太阳帆板先展开本体模块后展开、本体模块先展开太阳帆板后展开,分析了这三种展开顺序对航天器姿态角及姿态角速度的影响。仿真结果可以为未来高机动、多任务多形态的模块化航天器设计、在轨展开技术和空间姿态控制提供启发和借鉴。     

运动学辅助GPS实现SAR卫星姿态测量算法

针对姿态对星载SAR成像质量的重要影响,提出一种借助于SAR卫星姿态运动学特性和GPS宽波载波相位信息进行SAR卫星姿态测量的算法。该算法利用SAR卫星运动学模型建立状态方程,借助于GPS宽波载波相位姿态测量方程和SAR卫星姿态矩阵的特性建立观测方程,用卡尔曼滤波算法求解SAR卫星的姿态参量。给出算法的详细描述和仿真,仿真表明算法可以提供高精度SAR卫星姿态测量值。     

大型柔性卫星平台的H∞回路成形姿态稳定控制

研究了大型柔性卫星平台H∞回路成形姿态稳定控制问题.首先利用拉格朗日方程建立了该卫星的动力学方程,描述了系统存在的非结构不确定性,然后设计了H∞回路成形控制器.提出了控制系统所需要满足的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标,随后利用H∞回路成形理论设计了卫星的姿态稳定控制器,最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性.     

约束信息辅助整周模糊度求解研究

研究了在双天线姿态测量中应用先验几何信息加快整周模糊度求解问题,首先采用Kalman滤波估计初始浮点模糊值,然后采用基线约束和高度约束辅助LAMDA解算整周模糊度,并给出了计算机实验结果。与传统的模糊度解算算法相比,整周模糊度解算方法能有效缩小可能的模糊值状态集合,提高解算效率,对GPS实时高动态定位和GPS实时姿态测量技术的工程应用及理论研究具有一定的参考价值。     

拦截器姿态控制系统的模糊控制设计方法研究

针对采用姿控发动机进行姿态控制的拦截器,提出了拦截器姿态控制系统的模糊控制设计方法。以拦截器的俯仰通道为例,设计了俯仰通道的姿态控制器,并用MATLAB进行了仿真研究。仿真结果表明,用模糊控制方法设计的姿态控制系统能够较好地实现拦截器的姿态控制。考虑到发动机推力的离散性和干扰的影响,将发动机的输出推力进行正负拉偏1 0 % ,在相同条件下进行了仿真,结果表明姿态控制系统具有较好的鲁棒性     

基于Hermite插值的无陀螺惯导姿态解算方法

为了提高无陀螺捷联惯导(GFINS)的姿态矩阵解算精度,提出了一种新的姿态矩阵的解算方法.通常GFTNS姿态解算仅需依靠角速度信息,同时利用角速度和角加速度信息进行姿态求解,采用三阶艾尔米特插值方法进行离散角速度插值重构,利用重构后的角速度信息进行姿态矩阵求解.分析了新算法的基本步骤,并进行了典型圆锥运动仿真实验.结果表明,在仿真时间为5s,采样步长为0.00ls时,采用新方法求解姿态矩阵的精度提高45%以上.