皮衛(wèi)星姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、皮衛(wèi)星以微電子、微機(jī)電、納機(jī)電、精密制造等技術(shù)為基礎(chǔ)，具有成本低、功能密度高、研發(fā)周期短、在軌功能針對(duì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。姿態(tài)確定與控制子系統(tǒng)(ADCS)是衛(wèi)星系統(tǒng)的重要組成部分，在一定程度上決定了衛(wèi)星所能實(shí)現(xiàn)的在軌功能。同時(shí)，皮衛(wèi)星平臺(tái)在質(zhì)量、體積、功耗、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和運(yùn)算量等指標(biāo)上要求嚴(yán)格。綜合考慮各種因素，確定一種滿(mǎn)足系統(tǒng)總體約束和任務(wù)要求的ADCS設(shè)計(jì)方案，并用硬件實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證該方案是本文的研究目標(biāo)。 首先，論文對(duì)“空間試驗(yàn)皮衛(wèi)星”進(jìn)行

2、任務(wù)分析，針對(duì)衛(wèi)星總體對(duì)ADCS系統(tǒng)的要求，提出一種可行的皮衛(wèi)星ADCS子系統(tǒng)總體方案：以“雙矢量敏感(地磁強(qiáng)度矢量+太陽(yáng)方位矢量)”作為基本姿態(tài)測(cè)量手段，以“俯仰偏置動(dòng)量輪組合三軸磁力矩器”構(gòu)成控制子系統(tǒng)。姿態(tài)確定子系統(tǒng)，選用星體表面貼裝的太陽(yáng)電池陣敏感太陽(yáng)矢量，同時(shí)在常受照面上貼裝立體太陽(yáng)能電池片，以擴(kuò)大視場(chǎng)，提高測(cè)量精度；利用星上三軸磁強(qiáng)計(jì)敏感地磁強(qiáng)度矢量，并結(jié)合軌道坐標(biāo)系內(nèi)建立的太陽(yáng)歷表和地磁場(chǎng)表，采用雙參考矢量姿態(tài)解算法，實(shí)時(shí)

3、解算出星體三維姿態(tài)。姿態(tài)控制子系統(tǒng)，以俯仰偏置動(dòng)量輪組合三軸磁力矩器構(gòu)成控制系統(tǒng)主體，實(shí)現(xiàn)初始入軌后的姿態(tài)角速率磁控阻尼(B控制律)，以及姿態(tài)的三軸穩(wěn)定控制；分別對(duì)動(dòng)量輪和三軸磁力矩器進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)。 論文的第二部分，對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)工作模式進(jìn)行了仿真。ADCS系統(tǒng)在軌實(shí)際工作時(shí)，需經(jīng)歷入軌模式、三軸穩(wěn)定控制模式，才能實(shí)現(xiàn)星體姿態(tài)的三軸穩(wěn)定指向。對(duì)衛(wèi)星在軌工作模式的仿真結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)約3個(gè)軌道周期即可實(shí)現(xiàn)三軸穩(wěn)定控制，滿(mǎn)足總體

4、姿態(tài)穩(wěn)定的要求和功耗要求。 論文的第三部分闡述皮衛(wèi)星姿態(tài)確定和控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)。姿控系統(tǒng)以主控板為核心，直接利用衛(wèi)星表面上的太陽(yáng)能電池作為姿態(tài)敏感器，并采用一個(gè)微機(jī)械偏置動(dòng)量飛輪配合三軸磁力矩器作為姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。姿控系統(tǒng)的主控板主要基于DSP及其擴(kuò)展電路完成，負(fù)責(zé)采集多路姿態(tài)信息，確定衛(wèi)星當(dāng)前姿態(tài)，判斷姿態(tài)偏差，從而驅(qū)動(dòng)星上各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作來(lái)達(dá)到姿態(tài)控制和穩(wěn)定的效果。 最后，對(duì)三軸姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行了半物理仿真，