SimuLink卫星姿态控制_运动学模块的建立

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基于Matlab／Simulink与STK的卫星姿态控制系统联合仿真研究

文
Ｔｅｌｅｃｏｍｍａｒｋｅｔ
基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ与ＳＴＫ的卫星姿态控制系统
联合仿真研究
陈蕾韩潮
（北京航空航天大学宇航学院，北京１００１９１）
摘要：根据Ｍａｔ１ａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具与ＳＴＫ软件在卫星姿态控制系统仿真中的作用，考虑到ｓｉｍｕｌｉｎｋ无法直接与ＳＴＫ进行通信，因此需要研究解决Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ与ＳＴＫ联合仿真过程中的相关技术难点。通过使用Ｃ语言连接ＳＴＫ，以及对Ｍａｔ１ａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ与ｃ＋＋经由ＵＤＰ网络协议进行数据交换的方法研究，构建了基于Ｃ＋＋的服务器程序。仿真算例验证了该服务器程序能够实现Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ与ＳＴＫ的联合仿真。此服务器程序的建立不仅能够实现ＭａｔＩａｂ／Ｓｉｍｕ１ｉｎｋ与ＳＴＫ软件间的数据交换，并且能够推广到其他任何能够与Ｖｃ建立连接的软件控制之中。关键词：联合仿真；Ｍａｔ１ａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ；ＳＴＫ；ＵＤＰ协议；姿态控制中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ文章编号：
Ｅｍａｉｌ：ｃｈｅｎｌｅｉ．８９＠ｆｏｘｍａｉｌ．ｔｏｍ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｓｔｈａｔＭａｔｌａｂ／ＳｉｍｕｌｉｎｋｔｏｏｌｓａｎｄＳＴＫｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｙｉｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅ，ａｎｄｔｈｅｆａｃｔｔｈａｔＳｉｍｕｌｉｎｋｃｎｎａｏｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｗｉｔｈＳＴＫｄｉｒｅｃｔｌｙ，ｓｏｍｅｒｅｌａｔｅｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｄｉ伍ｃｕｌｔｉｅｓａｂｏｕｔｃｏ－ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＭａｔｌａｂ／ＳｉｍｕｌｉｎｋａｎｄＳＴＫｓｈｏｕｌｄｂｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＢｙｕｓｉｎｇｔｈｅＣｌａｎｇｕａｇｅｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈＳＴＫ，ｎｄａｄｏｉｎｇｓｏｍｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｏｄａｔａｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｔｈｏｄｂｅｔｗｅｅｎＭａｔｌａｂ／ＳｉｍｕｌｉｎｋａｎｄＣ＋＋ｖｉａＵＤＰｎｅｔｗｏｒｋｐｒｏｔｏｃｏ１．ａｓｅｒｖｅｒｐｒｏｇｒａｍｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＣ＋＋ｌｎｇａｕａｇｅ．ＡｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘａｍｐｌｅｈａｓｖｅｒｉｉｅｆｄｔｈａｔｈｅｔｓｅｖｅｒｒｐｒｏｒａｇｍｃａｎｒｅａｌｉｚｅＣＯ — ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＭａｔｌａｂ／ＳｉｍｕｌｉｎｋａｎｄＳＴＫ．Ｂｅｓｉｄｅｓｔｈａｔ，ｉｔｃａｎａｌｓｏｂｅｅｘｔｅｎｄｅｄｔｏｎｙａｏｈｅｔｒｓｏｆｔｗａｒｅｗｈｉｃｈＣｎａｍａｋｅｃｏｎｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅＶＣｐｒｏｒａｇｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＯ — ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ；ＳＴＫ；ＵＤＰｐｒｏｔｏｃｏｌ；ａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌ

matlab simulink模型搭建方法

matlab simulink模型搭建方法Matlab Simulink是一个强大的多领域仿真和模型搭建环境，广泛应用于控制系统、信号处理、通信系统等多个领域。

本文将详细介绍Matlab Simulink模型搭建的方法，帮助您快速掌握这一技能。

一、Simulink基础操作1.启动Simulink：在Matlab命令窗口输入“simulink”，然后按回车键，即可启动Simulink。

2.创建新模型：在Simulink开始页面，点击“新建模型”按钮，或在菜单栏中选择“文件”→“新建”→“模型”，创建一个空白模型。

3.添加模块：在Simulink库浏览器中，找到所需的模块，将其拖拽到模型窗口中。

4.连接模块：将鼠标光标放在一个模块的输出端口上，按住鼠标左键并拖拽到另一个模块的输入端口，松开鼠标左键，完成模块间的连接。

5.参数设置：双击模型窗口中的模块，可以设置模块的参数。

6.模型仿真：在模型窗口中，点击工具栏上的“开始仿真”按钮，或选择“仿真”→“开始仿真”进行模型仿真。

二、常见模块介绍1.源模块：用于生成信号，如Step、Ramp、Sine Wave等。

2.转换模块：用于信号转换和处理，如Gain、Sum、Product、Scope 等。

3.控制模块：用于实现控制算法，如PID Controller、State-Space等。

4.建模模块：用于构建物理系统的数学模型，如Transfer Fcn、State-Space等。

5.仿真模块：用于设置仿真参数，如Stop Time、Solver Options等。

三、模型搭建实例以下以一个简单的线性系统为例，介绍Simulink模型搭建过程。

1.打开Simulink，创建一个空白模型。

2.在库浏览器中找到以下模块，并将其添加到模型窗口中：- Sine Wave（正弦波信号源）- Transfer Fcn（传递函数模块）- Scope（示波器模块）3.连接模块：- 将Sine Wave的输出端口连接到Transfer Fcn的输入端口。

MATLAB的仿真工具箱Simulink模型的建立与仿真学习教程优秀PPT课件(基本库原件、搭建

•
Ignore limit and reset when linearizing：若勾选此选项，则表示当系统为线性化系统时，前
面的积分上下线限制和触发事件无效，默认缺省值为不勾选；
•
Enable zero-crossing detection：使系统通过零点检验，默认勾选。
• 搭建Integrator模块如图3-35所示。
•
Pulse Generator其模块属性如图3-19所示。
• 如图3-19所示Pulse Generator模块，对于其属性窗口：
• Amplitude：脉冲信号的振幅，指定为标量或矢量，默认值为1。
• Period(secs)：脉冲数字采样周期，默认值为10。
• Pulse width：脉冲宽度，输入为矢量或标量，默认值为5。
• External reset：设置信号的触发事件（rising, falling, either, level, level hold, none），默认设置为 none，保持系统原态。
• Initial condition source：参数输入的状态，分为外部输入external和内部输入internal，通常默认设置为internal。
3.3.3 Transfer Fcn模块
• Transfer Fcn其模块属性如图3-37所示。
• 如图3-37所示Transfer Fcn模块，对于其属性窗口：
• Numerator coefficients：传递函数分子系数，系统默认值为[1]；
• Denominator coefficients：传递函数分母系数，系统默认值为[1,1]；
• Derivative模块，表示微分环节，Derivative其模块属性如图3-31所示。 • 如图3-31所示Derivative模块，对于其属性窗口： • 搭建Derivative模块如图3-32所示。

基于Simulink实时工具的小卫星姿控物理仿真

基于Simulink实时工具的小卫星姿控物理仿真
王屹;裴蓓
【期刊名称】《机械设计与制造工程》
【年(卷),期】2011(040)015
【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,能够达到小卫星姿态控制仿真要求.
【总页数】4页(P53-56)
【作者】王屹;裴蓓
【作者单位】长春职业技术学院工程技术分院,吉林长春130033;长春职业技术学院工程技术分院,吉林长春130033
【正文语种】中文
【中图分类】TP23
【相关文献】
1.基于SoPC的微小卫星姿轨控计算机设计与实现 [J], 康国华;夏青;成婧
2.小卫星姿控xPC半物理仿真系统设计 [J], 徐开;陈长青;关文翠;金光
3.一种基于新型智能模拟器的小卫星姿轨控测试系统 [J], 卢彦杰;姜鼎;宋明轩
4.基于SIMULINK的卫星姿控系统的仿真实现 [J], 余涌涛;梁加红
5.基于Simulink实时工具的小卫星姿控物理仿真 [J], 王屹;裴蓓
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卫星姿态稳定系统的建模与控制

卫星姿态稳定系统的建模与控制卫星姿态稳定是指通过控制卫星的姿态（即旋转角度和轴向），使其保持稳定状态，以确保卫星能够正确地完成各项任务。

由于卫星在太空中受到各种外部扰动力，如引力、太阳辐射压力和空气阻力等，因此需要设计一套卫星姿态稳定系统，来实现准确的定位和导航功能。

卫星姿态稳定系统主要由三个部分组成：传感器、控制器和执行器。

传感器用于测量和监测卫星的姿态状态，主要包括陀螺仪、加速度计和磁强计等；控制器根据传感器的信号进行计算和判断，决定执行器的输出信号；执行器根据控制信号对卫星进行控制，以实现姿态调整和稳定。

首先，卫星姿态的建模是设计卫星姿态稳定系统的基础。

建模过程主要分为动力学建模和姿态动力学建模两个方面。

动力学建模是描述卫星在太空中受到的外部扰动力和惯性力作用下的运动规律，通常采用牛顿力学定律和质点模型进行建模。

姿态动力学建模则是描述卫星在稳定状态下的姿态运动规律，通常采用旋转刚体模型和欧拉动力学方程进行建模。

通过建立准确的卫星姿态动力学模型，能够为后续的控制器设计和系统优化提供理论基础。

其次，控制器的设计是卫星姿态稳定系统的核心部分。

常用的控制器设计方法有PID控制器、模糊控制器和自适应控制器等。

PID控制器是一种经典的控制器设计方法，通过对误差、偏差和积分值进行比例、积分和微分的加权计算，生成控制信号来调整卫星的姿态。

模糊控制器则是一种基于模糊逻辑推理的控制器设计方法，能够处理复杂的非线性控制问题。

自适应控制器则是根据系统的状态变化和外部环境的变化来自适应地调整控制参数，以实现更好的控制效果。

以上三种控制器设计方法各有优缺点，需要根据实际情况选择合适的控制器设计方法。

最后，执行器的选型和控制算法的实现是卫星姿态稳定系统的重要组成部分。

常用的执行器包括反作用轮、磁力矩杆和姿态控制喷气装置等。

反作用轮通过调整转速和转向来产生控制力矩，磁力矩杆通过改变磁力矩的大小和方向来产生控制力矩，姿态控制喷气装置则通过喷气推力来改变卫星的姿态。

Simulink模块操作

第2章 Simulink模块操作
2.1.3 手动连接模块如果要手动连接模块，可先把鼠标光标放置在源模块的
输出端口，不必精确地定位光标位置，光标的形状会变为十字形，然后按下鼠标按钮，拖动光标指针到目标模块的输入端口，如图2-5所示。当释放鼠标时，Simulink会用带箭头的连线替代端口符号，箭头的方向表示了信号流的方向。
第2章 Simulink模块操作
在建立Simulink模型时，用户可以从Simulink模块库(或其他库)或已有的模型窗口中将模块拷贝到新的模型窗口，拖动到目标模型窗口中的模块可以利用鼠标或键盘上的up、down、left或 right键移动到新的位置。在拷贝模块时，新模块会继承源模块的所有参数值。如果要把模块从一个窗口移动到另一个窗口，则在选择模块的同时要按下Shift键。
一个字符。缺省时，若模块端口位于模块左右两侧，则模块名称位于模块下方；若模块输入端口位于模块顶部，输出端口位于模块底部，则模块名称位于模块左侧，如图2-9所示。
第2章 Simulink模块操作图2-9
第2章 Simulink模块操作
1．改变模块名称用户可以用鼠标双击模块名称，在激活的文本框内输入新的名称，即可更改模块的名称。当在模型中的任一位置单击鼠标或执行其他操作时，Simulink会停止模块名称的编辑。如果把模块的名称改变为模型中已有模块的名称，或者名称中不含有任何字符，那么Simulink会显示一个错误消息。
第2章 Simulink模块操作
2．改变模块名称的字体如果用户想要改变模块名称的字体，可以先选中模块，然后选择模型窗口中Format菜单下的Font命令，从弹出的 Set Font对话框中选择一种字体，这个过程也会改变模块图标上的文本字体。

第1章SIMULINK入门

12.4.2 手动连接模块
• 1．从模块到模块的手动连接 • 当鼠标移动至输出模块的输出端口时，鼠标图标将变成十字符型，此时按下鼠标左键，拖动鼠标至目标模块输入端口，当鼠标图标由十字符型变为双十字符型时，松开鼠标左键即可，如图所示。 • 2．从信号线某一点到模块的手动连接 • 将鼠标移动到信号线上某一点，此时鼠标图标变为十字符型，其后的连接方式完全与从模块到模块的连接相同。这种连接方式可以将一个信号传递到多个模块，
12.4.4 操作模块名称
• 在SIMULINK模型中，每个模块都有自己唯一的模块名。如果在同一系统中出现模块名的重复， SIMULINK将弹出一个Error对话框。 • 1．更改模块名称 • 2．移动模块名位置 • 3．显示或隐藏模块名
• 4．改变模块名的字体和大小
12.4.5 设置模块参数
12.1.2 SIMULINK启动
• 启动SIMULINK之前，首先要打开MATLAB，打开 MATLAB主界面，在命令窗口（Command Window）输入命令simulink，回车即可启动SIMULINK，即打开SIMULINK库浏览器（Simulink Library Browser）窗口,如图所示。
Constant
2{10} double [3x3] [3x3] 2{10}
Scope2
[3x3]
Constant1 Scope
double
3 Gain
double
Sine Wave
12.6 仿真设置
• 接下来将介绍SimulinkParameters对话框中基本参数的设置方式。SimulinkParameters对话框中仿真参数主要包括，解法器设置（Solver）、仿真参数输入输出（Data Import/Export）、仿真优化（Optimization）、仿真诊断（Diagnostics）、仿真硬件实现(Hardware Implementation)、参考模型(Model Referencing) 和实时工作间(Real-time workshop)。在模型窗口中选择菜单栏【Simulation/Configuration Parameter】，就可以打开Configuration Parameter（参数配置）对话框，

基于Simulink实时工具的小卫星姿控物理仿真

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、力器等。姿态控制推
程序在台上仿真计算机中运行，接收并处理敏感器
信息、计算控制指令并发送。小卫星仿真中的主要工作内容如下ｌ４：＿Ｊ３＿ａ小卫星轨道环境分析。．
地面验证。
ｂ小卫星姿态建模。．小卫星姿态一般以非线性六自由度方程来描述，而特殊情况下要考虑挠性和液体晃动的影响。ｅ性能分析和系统控制方案的选择。．通过仿真可以实现系统的控制，括明确小卫包星控制系统所要达到的控制指标、用的姿态测量采敏感器的精度需求及组合形式、相应的确定算法、姿态控制的算法、行机构的种类、矩精度和角执力动量的容限、制计算机的性能、制周期的确定控控以及控制器稳定性分析等。
对于中低太阳同步近圆轨道的空间环境，小卫星将受到较大的气动力矩、剩磁力矩、力梯度力重矩和较小的太阳光压力矩。而相应的仿真实验中要对系统所在环境的干扰进行评估和测量。
收稿日期：０１６—１２１ —０Ｏ
可表示为：
Ｈ＝．ｏ１ｔ（）１
仿真控制对象是转动惯量约为［０１２．２．１６２．］ｇｍ；中俯仰轴为单轴气浮平台模拟，３４ｋ・２其其

Simulink自定义模块的建立

自定义模型的建立1，搭建直流电机模型2，选定要包含到子模块中的所有模块：单击Edit菜单下Creat Subsystem项，选定的模块即便为子系统：3，封装子系统将子系统命名为DC_motor_Subsystem,右击子系统模块，在弹出的菜单中选择Mask Subsystem，打开封装编辑器：Icon&Ports选项卡可对模块的外框，透明度，图表等进行设置。

在Icon Drawing Command 区域中可用命令改变端口名称，添加图片，修改颜色等。

以下命令用于修改端口名称及颜色：color('red');port_label('input',1,'Control Signal');color('red');port_label('output',1,'Torque');color('red');port_label('output',2,'Angle');color('red');port_label('output',3,'Speed');输入命令后单击OK，则则子模块变为：若要添加图片，需将图片放在模型所在目录下，命名为‘DC_motor’，在Icon Drawing Command区域内输入命令：image(imread('DC_motor.jpg'))则子模块变为：4，添加模块到库浏览器在Simulink库浏览器窗口，选择File菜单下New—Library，打开库编辑窗口，将封装后的DC_motor_subsystem拖入库编辑器并保存为DC_motor_subsystem_lib.mdl 。

编写M函数代码：并保存在DC_motor_subsystem_lib.mdl所在目录下，重新打开模块库，则自定义模块添加成功：注意事项：在建模过程中，应注意模型名称是否拼写正确等细节问题。

simulink怎样添加仿真模块

参考资料：SIMULINK
Simulink是美国Mathworks公司推出的MATLAB中的一种可视化仿真工具。Simulink是一个模块图环境，用于多域仿真以及基于模型的设计。它支持系统设计、仿真、自动代码生成以及嵌入式系统的连续测试和验证。 Simulink提供图形编辑器、可自定义的模块库以及求解器，能够进行动态系统建模和仿真。 Simulink与MATLAB相集成，能够在Simulink中将MATLAB算法融入模型，还能将仿真结果导出至 MATLAB做进一步分析。Simulink应用领域包括汽车、航空、工业自动化、大型建模、复杂逻辑、物理逻辑，信号处理等方面。
打开matlab:开始——matlab。
方法/步骤
启动simulink：点击快捷键即可。
方法/步骤
添加连续模块：点击continuous，选择所需模块。
方法/步骤
添加离散模块：点击discreate，选择所需模块。
方法/步骤
添加信号源模块：点击sources，选择所需模块。
注意事项
对于要添加的模块最好记住对应的英文名称，这样方便寻找。添加其他模块与之类似，可以举一反三。
参考资料：MATLAB/SIMULINK实用教程
《MATLAB/SIMULINK实用教程》是2009年人民邮电出版社出版的图书，作者是张化光、孙秋野。
参考资料：MATLAB/Simulink实用教程：编程、仿真及电子信息学
《MATLAB/Simulink实用教程：编程、仿真及电子信息学》是2017年10月1日清华大学出版社出版的图书，作者是徐国保、赵黎明、吴凡、郭磊。
谢谢观看
参考资料：Simulink动态系统建模与仿真基础
《Simulink动态系统建模与仿真基础》是2004年西安电子科技大学出版社出版的图书，作者是李颖。

Simulink使用基本

Simulink使用基本Simulink是一种功能强大的图形化建模和仿真环境，用于分析和设计控制系统。

它是MATLAB的一个扩展工具箱，提供了一种直观和可视化的方法来创建和模拟动态系统模型。

在本文中，我们将介绍Simulink的基本使用方法。

在Simulink中，模型由一个个模块组成，每个模块代表系统的一个部分，例如传感器、执行器、控制器等。

这些模块通过线缆相互连接，以传递信号和数据。

要添加模块到模型中，我们可以在库浏览器中选择合适的模块，然后将其拖动到模型窗口中。

我们还可以使用快捷键B打开库浏览器，并通过栏来快速找到需要的模块。

一旦添加了模块，我们可以使用鼠标点击模块并拖动来改变连接线的位置。

要连接两个模块，只需将鼠标从一个模块上的端口位置拖动到另一个模块上的端口位置。

另外，我们还可以使用连接线工具栏上的线条样式来自定义连接线的样式，例如线的颜色、宽度等。

在进行仿真之前，我们需要设置模型的参数。

这包括设置仿真时间、步长和求解器等。

可以在模型窗口的工具栏上找到仿真按钮，点击后将启动仿真过程。

Simulink将按照设定的时间和步长，以及模型中各模块的逻辑，模拟系统的动态行为，并生成仿真结果。

仿真结果可以在仿真数据视图中查看和分析，包括系统的输入、输出、状态变量等。

除了基本的建模和仿真功能，Simulink还提供了许多高级功能和工具，用于系统控制、优化、验证等。

例如，我们可以使用状态流程图(Stateflow)来建模系统的离散事件行为，使用原型环境(Simscape)来建模物理系统，使用代码生成工具箱来生成嵌入式代码等。

Simulink还支持与MATLAB的混合编程，可以通过MATLAB脚本和函数来调用Simulink 模型，并在Simulink模型中使用MATLAB函数。

总结起来，Simulink是一个强大的图形化建模和仿真环境，适用于各种控制系统的分析和设计。

它提供了直观和可视化的方法来创建和模拟系统模型，并提供了丰富的工具和功能来支持系统开发的各个方面。

三轴稳定卫星姿态确定及控制系统的研究

三轴稳定卫星姿态确定及控制系统的研究一、本文概述随着航天技术的飞速发展，三轴稳定卫星已成为现代空间科技领域的重要组成部分。

这类卫星通过其精确的姿态确定及控制系统，实现了在太空环境中的稳定运行和高效工作。

本文旨在深入研究三轴稳定卫星的姿态确定及控制系统，探讨其工作原理、技术挑战以及优化策略，为未来的卫星设计与控制提供理论支持和实践指导。

本文首先将对三轴稳定卫星的基本概念和特点进行介绍，明确研究背景和目的。

随后，将详细分析卫星姿态确定的基本原理和方法，包括传感器技术、数据处理算法以及姿态估计理论等。

在此基础上，将探讨控制系统的设计原则和实现方式，包括姿态控制策略、执行机构选择以及控制算法优化等。

本文还将对三轴稳定卫星姿态确定及控制系统中的关键技术进行深入剖析，如姿态传感器误差补偿、控制算法鲁棒性增强以及卫星在轨自主定姿等。

将结合国内外相关研究成果，对现有的姿态确定及控制技术进行总结和评价，指出存在的问题和改进方向。

本文将提出一种优化的三轴稳定卫星姿态确定及控制系统设计方案，通过仿真实验和实地测试验证其有效性和可行性。

这一方案将为未来卫星的设计和制造提供有益的参考，推动航天技术的持续进步和发展。

二、三轴稳定卫星姿态确定原理三轴稳定卫星的姿态确定是其控制系统中的核心环节，它涉及到卫星在空间中的方向感知和姿态调整。

三轴稳定卫星的姿态确定原理主要基于惯性测量单元（IMU）和星敏感器（Star Tracker）等传感器的数据融合处理。

惯性测量单元（IMU）是卫星姿态确定的基础设备，它通过内部的陀螺仪和加速度计来测量卫星的角速度和加速度，进而推算出卫星的姿态变化。

然而，由于IMU的长期误差积累，单纯依赖IMU进行姿态确定无法满足长时间、高精度的要求。

因此，需要引入星敏感器（Star Tracker）等光学传感器进行辅助。

星敏感器通过拍摄星空图像，识别出已知的天体位置，进而解算出卫星的姿态。

这种方式的优点是精度高、误差积累小，但其缺点是受到观测条件的限制，例如在地球阴影区、太阳光照强烈等情况下，星敏感器可能无法正常工作。

simulink基本模块的使用

simulink基本模块的使用Simulink是一种强大的仿真和建模工具，常用于开发控制系统、信号处理和通信系统等。

本文将一步一步介绍Simulink的基本模块的使用，并讨论它们在不同领域中的应用。

一、Simulink基础知识在开始介绍基本模块之前，我们需要了解Simulink的一些基础知识。

Simulink是MATLAB软件的一个附加模块，用于建立模型以及执行仿真。

Simulink模型是由各种模块组成的，这些模块通过连线连接在一起，形成一个图形化的仿真模型。

它使用图形化界面，使用户能够直观地构建和修改模型。

二、Simulink基本模块1. 恒定值(constant)模块：恒定值模块用于生成恒定的信号，其输出值不会改变。

在模型中，我们可以通过恒定值模块设置输入信号的初始值、幅值以及一些其他属性。

该模块常用于生成常数信号，如直流电压或恒定的参考信号。

2. 脉冲(gain)模块：脉冲模块将输入信号的幅值乘以一个常数增益，然后输出结果。

通过改变增益系数，可以调整输出信号的幅值。

该模块常用于放大或缩小信号的幅值。

3. 积分器(integrator)模块：积分器模块对输入信号进行积分，并输出积分值。

积分器模块用于对信号进行数值积分操作，可用于控制系统中的积分环节，如PID控制器中的积分环节。

4. 微分器(derivative)模块：微分器模块对输入信号进行微分计算，并输出结果。

微分器模块适用于需要对信号进行微分操作的场景，如滤波器设计和导数控制器。

5. 比例积分微分(PID)控制器模块：PID控制器模块是Simulink中非常重要的一个模块，它结合了前面介绍的比例、积分和微分模块，实现了闭环控制。

PID控制器模块根据输入信号和误差信号生成控制信号，以实现期望输出。

该模块在自动控制系统中应用广泛。

6. 转换器(Switch)模块：转换器模块根据输入信号的值和条件判断，选择输出信号的路径。

该模块可以用于实现逻辑判断，选择不同的信号传递路径。

simulink 的用法

simulink 的用法
Simulink是一种图形化建模和仿真环境，用于设计、建模和仿真动态系统。

它是MATLAB软件的一部分，提供了一种直观的方法来构建和模拟各种系统，包括控制系统、通信系统、图像处理系统等。

Simulink的用法包括以下几个步骤：
1.打开Simulink：使用MATLAB软件打开Simulink工具包，或者直接在MATLAB命令窗口中输入"simulink"打开。

2.创建模型：在Simulink界面上使用不同的模块和线段，构建系统模型。

模块可以代表各种组件，如传感器、控制器、执行器等，线段则表示信号和数据流。

3.连接模块：使用适当的线段连接不同的模块，建立模型中各个组件之间的数据流和控制逻辑。

4.参数设置：对模型中的各个模块进行参数设置，以确保其行为与实际系统相符。

5.仿真运行：运行模型进行仿真，观察系统的动态行为和输出结果。

可以通过修改模型参数、调整模型结构来进一步优化和改进系统设计。

除了以上基本用法，Simulink还提供了许多高级功能，如模型验证、优化设计、代码生成等。

模型验证功能可以检测和解决模型中的错误和问题。

优化设计功能可以通过自动搜索和调整模型参数，实现系统性能的最优化。

代码生成功能可以将Simulink模型转换为C代码或其他可执行文件，以便在嵌入式系统中进行实时部署。

总的来说，Simulink提供了一种直观的图形化建模方法，将系统设计过程可视化，使得系统建模和仿真更加简单和高效。

Simulink组件的基本使用方法

查看仿真结果
显示图形
在仿真结果模块中，选择"Graph"或"Chart"选项卡，可以显示仿真结果的图形。
调整图形参数
在图形界面中，可以调整坐标轴范围、线型、颜色等参数，以便更好地显示仿真结果。
导出结果
可以将仿真结果导出为CSV、Excel等格式，以便进一步分析。
调试模型
设置断点
在Simulink模型中，选择需要设置断点的模块或线段，然后点击工具栏上的"Breakpoint"
使用回调函数与事件
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
回调函数
回调函数是一种特殊的函数，可以在特定的事件发生时被自动调用。在Simulink中，可以使用回调函数来定义当模型状态改变时需要执行的代码。
事件
事件是Simulink中一种特殊的状态变化，当模型的状态满足一定条件时，就会触发相应的事件。可以使用回调函数来定义当事件发生时
参数设置
在创建子系统后，可以在子系统的参数设置中定义其输入和输出端口、参数和采样时间等属性。
创建子系统
在Simulink编辑器中，选择“Tools”菜单下的 “Subsystem”选项，然后在打开的对话框中输入子系统的名称和描述。
调用子系统
在模型中需要使用子系统的地方，将子系统模块拖拽到模型中，然后将其端口与外部模块连接起来。
Simulink组件的功能
信号处理
Simulink提供了丰富的信号处理组件，如滤波器、频谱分析等，用于对输入信
号进行处理。
算法开发
Simulink支持使用MATLAB函数和算法，使得用户可以在模拟模型中实现

基于Simulink／Stateflow的小卫星姿态控制模块设计与仿真研究

事上还是民用上都具有重要的现实意义。
快速响应小卫星的关键技术几乎涵盖整个航
天大系统，中涉及到小卫星平台和载荷技术，其也
涉及到快速发射运载器技术，时还涉及到机动发同
射与测控技术、面指挥与控制技术等。就快速响地应小卫星平台技术而言，及的关键技术具体包涉括。模块化标准化卫星平台技术、。：即插即用技术、在轨快速测试技术、速轨道控制技术、轨自主快在
星的特征需求，比如操作人员和成本的限制、信通时刻的滞后使得观测信息传递的实时性不高等，为提高效率，有必要实现快速响应小卫星的在轨Ｆ主１运行。卫星在轨自主运行的关键就是构建高度灵
第１１卷
第２期３
２１年８月０１
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．１ＩＮｏ２３Ａｕｇ２０１１．．１
ｌ７— １１（０１２ —６８０６１８５２１）３５０ —５
ＳｉｎｅＴｃｎｌｇｎｎｉｅｒｇｃｅｃｅｈｏｏｙａｄＥｇｎｅｉｎ
卫星姿态控制系统，最后埘卫星典型的姿态控制任务进行仿真分析，以检验姿态控制指令的正确有效性。
运行技术、自主任务规划技术、型核技术、面级微上航天器技术等。本文主要探讨快速响应小卫星在

基于SIMULINK的卫星姿控系统的仿真实现

图6
RealattRate
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姿态机动、正常轨道运行期间和变轨发动机工作期间的姿态稳定，也可用于卫星的返回控制和交会对接。完成这个卫星姿态确定与控制系统模型的仿真之后，我们还可以通过借鉴国内其他实时平台测试系统，研究 MATLAB / Simuiink 建立的模型的动态系统产生代码模块的方法和机制，对微小卫星姿控设计进行进一步的实时仿真和测
图1 SIMULINK 流程图
经发生的误差。例如，四元数中一个原是存在的误差，在归一化修正时这个误差将传播到所有元素。从欧拉角转动顺序可得姿态欧拉角的运动方程，由姿态动力学方程得姿态角速率，求解姿态角的变化，得姿态角方程，并且当 # = 90（即 coS# = 0 ）时，方程出现奇点。根据以上算法，具体构建运动学模块如图 3 所示，利用一个计数器模块控制欧拉角与欧拉角速率的更新，这里控制周期（ SampleTime）是 0. 25 ，首先更新卫星本体在惯性坐标系下的转速 Wbi，并计算卫星本体在轨道坐标系下的转速，根据公式，计算四元素和姿态矩阵，代入方程计算欧拉角和欧拉角速度。 2. 3 控制器执行模块整星在星体俯仰轴负向有一个非零的角动量值，比姿态角速率所产生的角动量大
第 23 卷
第 11 期
计
算
机
仿
真
2006 年 11 月
文章编号： 1006 - 9348 （ 2006 ） 11 - 0071 - 04
基于 SIMULINK 的卫星姿控系统的仿真实现
余涌涛，梁加红
（国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙 410073 ）摘要：卫星姿态确定数学模型涉及到姿态敏感器系统、卫星姿态动力学与运动学原理以及数据处理方法，系统对象比较复杂。首先，基于欧拉角法和四元素法建立了微小卫星姿态运动学模型，基于相平面控制法建立了采用恒定推力的开关式控验证了模型的有效性；制的喷气姿态控制系统，随后，在 MATLAB 的 Simuiink 交互式仿真集成环境中对模型进行仿真研究，最后，对卫星模型选取了适当的参数，仿真结果满足对定姿精度和姿态稳定度的要求，完成了模型的设计。为说明卫星姿态控制中相关的算法，文中介绍了 simuiink 模块的结构框图。关键词：姿态确定；姿态控制；喷气控制；仿真 TP391. 9 中图分类号：文献标识码： A

第4章 Simulink 运动学仿真

2 − r2ω2 sin θ 2 − r2ω2 cos θ 2 − r3ω3 sin θ 3 − r3ω32 cos θ 3 = r1 2 r2ω2 cos θ 2 − r2ω2 sin θ 2 + r3ω3 cos θ3 − r3ω32 sin θ 3 = 0
写成如下矩阵形式：
⎡ r3ω3 sin θ3 ⎢ −r cos θ 3 ⎣ 3
R2 + R3 = R1
§4.1 曲柄滑块机构的Simulink仿真
⎧r2 cos θ 2 + r3 cos θ3 = r1 将 R2 + R3 = R1 分解到x和y坐标轴上，得到 ⎨ ⎩ r2 sin θ 2 + r3 sin θ3 = 0 ⎧−r2ω2 sin θ 2 − r3ω3 sin θ3 = r1 上式对时间求导数，有 ⎨ ⎩ r2ω2 cos θ 2 + r3ω3 cos θ3 = 0
其中
r1 是矢量
写成矩阵形式
大小的变化率，也是滑块相对于地面的平移速度。 R1 ⎡ r3 sin θ3 1 ⎤ ⎡ω3 ⎤ ⎡ −r2ω2 sin θ 2 ⎤ ⎢ −r cos θ 0 ⎥ ⎢ r ⎥ = ⎢ r ω cos θ ⎥ (4—6) 3 2 ⎦ ⎣ 3 ⎦⎣ 1 ⎦ ⎣ 2 2
ω2
如果将 ω2 视为仿真的输入，可以用数值积分从速度中计算出 θ 2 、 3 和 θ
§4.1 曲柄滑块机构的Simulink仿真
4 仿真结果
假设曲柄以1800 r／min(188．5rad／s)的速度旋转。按这种速度，曲柄仅在0.07s之内就旋转了两圈，所以仿真的时间从0~0.07s。双击仿真中的 constant块可以设置曲柄的旋转速度。出现的对话框允许为曲柄旋转速度输入任意值。角速度的单位是rad／s．注意到这一点是十分重要的。为便于进行分析，以转／分(r／min)为单位的曲柄旋转速度必须转化为rad／s。

SimuLink卫星姿态控制_运动学模块的建立

四元数姿态运动学方程：（见《基于星敏感器角速度估计的陀螺故障诊断》）()b b b b b b oo o ob o ib o io 11C 22∙=⊗=⊗-Q Q w Q w w 其中bo Q 表示星体坐标系b 相对于轨道坐标系o 的姿态四元数在体坐标系b 中的投影（在星体坐标系中轨道坐标系o 转到与星体坐标系b 重合（与后面的姿态坐标转换矩阵对应）所需的姿态四元数）；⊗表示四元数乘法；b ob w 表示星体坐标系b 相对于轨道坐标系o 的角速度在b 坐标系中的投影；b ib w 表示体坐标系b 相对于惯性坐标系i 的角速度在b 坐标系中的投影，由动力学模块给出；b o C 表示o 系到b 系的坐标转换矩阵，由四元数Q 计算得到；o iow 表示轨道坐标系o 相对于惯性坐标系i 的角速度在o 坐标系中的投影，该角速度在轨道坐标系中表示简单，该值在m 文件中给出。

利用运动学方程画运动学模块图如下：建立四元数转姿态矩阵模块：用mask 修改模块封面。

依照下面的转换公式，使用Fcn 模块和Create3*3 Matrix 模块建立四元数转换模块如下：2222103212031302bT 22222o 01203203123012222130223013012q q q q 2(q q q q )2(q q q q )C (q )2(q q q q )q q q q 2(q q q q )2(q q q q )2(q q q q )q q q q ⎡⎤+--+-⎢⎥=+-=-+--+⎢⎥⎢⎥+-+--⎣⎦qq E q建立四元数求解模块：使用Subsystem 模块建立Quaternion Solve Model ，并create mask 如下：四元数主部与矢部分开计算积分如下：根据上式画模块图如下：利用Integrator、Mux、Gain、Add模块建立初始如下：利用Demux模块将Q的矢部与主部分开。