基于HLA的卫星指向控制仿真系统的设计与实现

根据面向对象思想,对卫星仿真系统进行功能模块划分;基于仿真运行支撑软件RTI,设计并实现了开放性,可扩展性,交互性,可视化的卫星分布仿真系统。该系统完成了卫星轨道和姿态机动仿真,ATP（Acquisition,Tracking,Pointing）高精度指向仿真以及相应的视景仿真。通过RTI提供的底层通信传输服务,将上层应用与底层支撑环境分离,保证了应用开发的独立性。     

卫星运行视景仿真中的姿态控制研究

针对卫星视景仿真中的卫星姿态控制问题,详细介绍了在虚拟场景中为使卫星保持在某一特定姿态,通过旋转变换实现卫星姿态控制的方法和具体算法。文中不仅介绍了在OpenGL开发环境中调整卫星姿态的方法和算法,而且针对Vega开发环境中VgPos函数的特殊要求,详细论证了同时对三个坐标轴分别旋转时依次确定三个旋转角的方法,并给出了求解三个旋转角的算法。文中描述的方法和算法对于开发虚拟仿真应用程序的研究人员具有借鉴意义。     

基于xPC的挠性天线跟踪指向系统半物理仿真

为了实时验证具有星间链路天线的多体结构卫星星体姿态稳定和天线跟踪指向复合控制算法的有效性,借助xPC实时目标环境对某型多体结构卫星的半物理仿真(hardware-in-the-loop simulation,HILS)系统进行了开发,用xPC目标机模拟星载计算机的外部实时仿真环境,与产品级的复合控制器、天线框架驱动机构(an-tenna gimbal drive assembly,GDA)实物组成实时仿真环路。采用Simulink和Stateflow混合建模的方法实现了天线不同模式之间的切换,并用S函数对PCI总线类型的串行接口通信在xPC目标下进行了二次开发。实验结果证明了接口模型建立的正确性、复合控制系统设计的合理性以及该仿真方法的有效性。     

基于最优切换的挠性卫星的姿态控制

在切换系统最优控制的框架下,讨论了挠性卫星的姿态控制问题。首先,根据挠性卫星姿态调整的运动模型,同时考虑两种执行机构的控制作用,将卫星的姿态控制问题转化为一种切换控制问题,并在能量最小性能指标下讨论其最优控制问题。其次,基于粒子群优化算法和Powell算法给出了求解最优切换时间问题的完整优化算法。最后,以3阶挠性卫星系统为例,给出了具体仿真算例,验证了所提算法的有效性。     

圆饼卫星三轴姿态控制

利用卫星低轨道两个主要环境力矩 (重力梯度矩和地磁力矩 )对卫星三轴姿态进行控制。卫星的形状为圆饼状 ,用以获得所需的重力梯度矩。卫星上的永久磁棒获取所需的地磁力矩。为了提高卫星的姿态精度 ,沿永久磁铁方向安装一反作用飞轮。对卫星在圆轨道的姿态进行了分析 ,并给出仿真结果。从分析和仿真结果可以看出 ,此卫星具有结构简单、姿态稳定、精度高等优点。     

大型挠性结构卫星全物理仿真技术研究

本文提出一种以单轴气浮台作为卫星刚性主体，其上附带有大型挠性结构的全物理仿真试验系统，其目的是进行大型挠性结构卫星全物理仿真试验的研究。文中详细介绍了该系统的设计方案并给出了数学仿真结果。     

基于多软件的微小卫星多领域建模与仿真研究

微小卫星是由多个学科构成的复杂系统,各学科间存在着复杂的耦合关系,针对微小卫星多领域建模与仿真问题,提出了基于STK、ADAMS、ModelSim和Matlab/Simulink等商用软件接口的微小卫星多领域建模与仿真方案,给出了多学科建模与仿真平台体系结构,提出并解决了耦合建模、软件接口和协同仿真等多项关键技术.最后,建立由微小卫星中耦合关系较强的姿态控制、结构动力学、星载计算机和电源分系统构成的原型系统,针对微小卫星大角度姿态控制模式进行了仿真,仿真结果验证了本文所提出的多领域建模方法的有效性和仿真平台的可行性.     

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。     

基于软件接口的卫星多领域建模与仿真研究

针对现代微小卫星多领域复杂系统的建模与仿真,研究了基于Matlab/Simulink、ADAMS、ModelSim、Pro/E以及STK等软件接口的小卫星多领域建模与仿真方法,建立了基于多仿真软件的微小卫星多领域建模与仿真平台的体系结构,分析了典型领域间的耦合关系。提出了基于ADAMS建立卫星动力学仿真模型的基本思路,完成了具有转动太阳帆板、反作用飞轮的多体卫星姿态动力学ADAMS仿真模型。设计了软件间的接口中间件,建立了小卫星耦合关系紧密的控制、机械、电子及电源等多领域耦合仿真模型。最后,针对小卫星大角度姿态机动控制模式进行了仿真,仿真结果验证了所提出的多领域建模方法的有效性和仿真平台的可行性。     

基于ADAMS与MATLAB的挠性卫星的建模与姿态控制

在挠性卫星的控制仿真系统设计中,卫星的动力学模型多根据数学方程搭建.此处介绍一种以虚拟样机技术为基础,以ADAMS、MATLAB软件为核心平台的航天器动力学建模与控制方法.揭示了此种方法的可行性与优越性,详细介绍了此种方法的流程,并以三轴零动量反作用飞轮控制的挠性卫星为例进行了检验.     

基于分段Lyapunov函数方法的柔性卫星姿态模糊控制

提出了一种基于分段Lyapunov函数方法的带太阳帆板柔性卫星的姿态模糊控制方法。对于柔性卫星姿态动力学系统而言,强耦合、非线性以及较强的不确定性是其姿态系统的基本特征,本文针对这类被控对象,采用T-S模型作为万能逼近器,设计一种分段状态反馈控制方案。仿真结果表明,该方案可以保证卫星的姿态控制精度、结构振动抑制和控制系统鲁棒性。     

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。     

柔臂振动的非线性张力反馈控制

用数值仿真的方法讨论了一种用新型的非线性张力反馈律来镇定柔臂振动的问题．其镇定效果明显地优于有关问题的已有结果.     

星载SAR干涉测量中伴随卫星编队构形保持与姿态控制的协同

研究星载SAR干涉测量中伴随卫星编队构形保持与姿态控制的协同问题。首先,简介主SAR卫星与伴随卫星编队所构成干涉测量系统的工作原理,当主SAR卫星施加偏航导引补偿多普勒频移时,为实现波束指向同步,伴随编队需进行构形与姿态的协同控制。给出协同控制框架结构图,通过设置轨道协同规划器与姿态协同规划器明确了解决方案;进而从构形规划、姿态规划、构形与姿态协同控制三方面具体地阐述伴随编队的协同控制技术。最后对构形保持、姿态规划和姿态控制进行数值仿真,结果表明伴随编队的协同控制满足波束指向同步要求,所提出的协同控制方案具有可行性。     

非线性姿态镇定控制律设计与仿真研究

研究了具有轴对称特性的飞行器姿态镇定问题。根据球极投影原理引入两个姿态角的微分同胚映射,将原姿态运动模型变换为一新的形式;并在此基础上,通过将飞行器的一个旋转角速度分量先镇定到原点,得到了具有串级形式降维的姿态系统模型。根据降维模型的特点,渐近得出完整的姿态镇定控制律,并用Ｍａｔｌａｂ语言和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ实现了系统仿真模型。仿真结果证明了本方法的有效性。     

加载柔性臂振动的非线性应力反馈控制

用数值仿真的方法讨论了一种用新型的非线性应力反馈律来镇定加载柔性臂振动的问题。该方法使用跟踪微分器取得柔性臂根部应力信号的微分信号,并与根部应力信号一起组成非线性控制输入来控制加载柔性臂的振动.其镇定效果明显地优于有关问题的现有实验结果。     

灵活、开放的卫星制导、导航与控制仿真软件环境

卫星制导、导航与控制（GN＆C）仿真对卫星设计和在轨运行都具有重要的决策支持作用,然而GN＆C系统方案的多变性和模型使用的复杂性对快速构建高逼真度仿真不利.为解决这一问题,设计并实现了一个灵活、开放的卫星GN＆C仿真软件环境：可通用于各种GN＆C方案,能有效屏蔽GN＆C仿真系统构建细节而快速建立仿真系统,并能够方便集成体现专业经验的详细模型实现高逼真度仿真.关键技术有：卫星GN＆C仿真的规范化结构描述;GN＆C仿真涉及的各类模块模型及其使用的统一管理;模块连接关系的关联矩阵以及任务仿真系统模型的自动生成.     

基于控制总线的内编队控制系统仿真实验设计

通过在内编队控制系统仿真实验设计中引入控制总线,实现了从仿真模型建立到模型接入总线的仿真实验,并在仿真实验设计中利用控制总线的特点,设计了总线数据实时符号化显示方案,实现对总线数据的实时监控和符号化显示,完成了对总线数据的实时统计和分析。对内编队卫星稳定工作状态的仿真实验结果表明,基于总线的实时可视化仿真使得对卫星控制系统性能仿真的实验验证过程更加直观高效,为开展内编队卫星控制系统性能仿真和控制方案设计提供了平台。