航天器控制大作业

航天器控制课程大作业
1.基本内容
➢建立带有反作用飞轮的三轴稳定对地定向航天器的姿态动力学和姿态运动学模型；
➢基于欧拉角或四元数姿态描述方法，设计PD型或PID型姿态控制律(任选一种);
➢利用MATLAB/Simulink软件建立航天器闭环姿态控制系统，设计姿态控制器进行闭合回路数学仿真，实现给定控制指标和
性能指标。

➢调研基于星敏感器+陀螺的姿态确定算法并撰写报告，要求不少于1500字。

内容包括：
➢星敏感器、陀螺数学模型
➢Landsat-D卫星姿态确定调研
包括：姿态敏感器组成、姿态敏感器性能、姿态确定算法与其精度
➢单星敏感器+陀螺的kalman滤波器姿态估计
➢双星敏感器姿态确定算法(双矢量定姿)
➢列出主要参考文献
2.具体要求和相关参数
1)建立航天器姿态动力学方程以与基于欧拉角描述(3-1-2转序)的姿态运动学方程。

基于如下假设，对航天器姿态动力学和姿态运动学模型进行简化：
➢航天器的轨道为近圆轨道，对应轨道角速度为常数；
➢航天器的本体坐标系与其主惯量坐标系重合，惯量积为零；
➢ 航天器姿态稳定控制时，姿态角和姿态角速度均为小量。

进一步建立适用于航天器姿态稳定或小姿态角度工况下的线性化航天器姿态动力学和运动学模型。

2) 航天器转动惯量矩阵
2200024142460018kg m 14182500⎡⎤⎢⎥=⋅⎢⎥⎢⎥⎣⎦
I 轨道角速度00.0012rad/s ω=。

设航天器本体系三轴方向所受干扰力矩如下：
040003cos 1() 1.510 1.5sin 3cos N m 3sin 1d t t t t t ωωωω-+⎡⎤⎢⎥=⨯+⋅⎢⎥⎢⎥+⎣⎦T
仿真中，假设初始三轴姿态角为002~5和初始三轴姿态角速度000.01/s ~0.05/s 。

3) 采用三正装反作用飞轮作为执行机构，飞轮最大控制力矩为0.4Nm ，最大角动量20Nms 。

飞轮采用力矩模式，模型采用一阶惯性环节（时间常数为0.005s ），考虑库仑摩擦力矩4410Nm -⨯，要求飞轮的数学模型带有饱和特性。

4) 控制指标和性能指标：
➢ 稳定度（姿态角速度）：优于0.005deg/s ；
➢ 指向精度（姿态角）：优于0.1deg ；
➢ 姿态稳定收敛时间小于100s 。