李齐政毕设答辩 (1)

1、卫星姿态控制系统设计卫星姿态控制系统设计 吉林大学通信工程学院毕业设计答辩答辩主要内容课题背景及研究现状1卫星姿态控制系统数学模型 卫星姿态控制器设计 基于MATLAB/SIMULINK建模与仿真2345总结与展望课题背景及研究现状姿态：稳定性精度与早期的卫星相比，现代卫星结构日趋复杂，控制要求大幅提高，这给卫星的姿态控制系统提出了更高的要求。因此，除了提高卫星有效载荷的性能以及在轨姿态确定的精度外，对卫星姿态控制系统的设计也是提高卫星任务质量的一个重要手段。 课题背景及研究现状PID控制法最优控制方法变结构控制方法 基于应用卫星高精度、长寿命、高可靠性的发展趋势，对卫星姿态控制系统要求越来越

2、高。而控制方法设计的好坏直接影响到系统控制精度以及各项性能指标的优劣，所以，控制方法的设计成为研究的焦点之一。鲁棒控制法自适应控制方法卫星姿态控制方法卫星姿态控制方法研究现状研究现状论文研究框架干扰力矩+-控制器姿态敏感器执行机构卫星动力学与运动学姿态测量卫星姿态控制系统数学模型欧拉角描述法描述卫星的运动学模型：欧拉角描述法描述卫星的运动学模型：四元数描述法描述卫星的运动学模型：四元数描述法描述卫星的运动学模型：cos/ cossin)sincos(cos/sin)sincos(tansinsincos000 xzxzyzx32103210000021qqqqqqqqbxbybzbxbzbyb

3、ybzbxbzbybx卫星姿态控制系统数学模型 卫星姿态动力学方程：卫星姿态动力学方程：MHHdcTTMII 也可以表示为：其中： ，称为卫星的角动量矢量， 为角动量，为合力矩， 为相对转动角速度，I为卫星的惯量矩阵：IHHHHT321HMzyzxzyzyxyxzxyxIIIIIIIIII000 xyxzyz卫星姿态控制器设计PID控制器简介 PID控制器是比例积分微分控制器，它具有算法简单，鲁棒性好，可靠性高等特点，广泛的应用在工业控制过程。其中： 比例（P）调节作用：加快调节，减小误差。 积分（I）调节作用：消除稳态误差。 微分（D）调节作用：减小超调，减小调节时间。卫星姿态控制器设计PI

4、D控制器设计以飞轮为执行机构的卫星姿态动力学模型为： 当施加于卫星上的控制力矩为零时，上述方程可以简化为： 当卫星的姿态角出现偏差时，可以通过设计PID控制规律来调节控制力矩,使姿态角和姿态角速度逐渐趋于零，PID控制器设计如下： 代入卫星姿态动力学方程为： dcTTHHHHTd)( idpKKKHdidpTKKKH 仿真模型搭建仿真结果及分析 卫星三轴姿态角变化曲线 误差四元数0102030405060708090100-100-50050时 间姿态角 x轴y轴z轴0102030405060-0.500.511.5时 间四元数 x轴方向余弦y轴方向余弦z轴方向余弦绕固定轴旋转角值仿真结果及分析控制力矩变化 由仿真结果得出，采用上述PID控制规律，系统在短时间内收敛到稳态，稍有振荡， 时系统较稳定。而且系统的三轴指向精度以及稳定度都比较好，PID控制律结构简单而且比较容易于实现，在线性系统的应用中具有较好的控制效果。通过调节PID控制器参数能够保证系统在干扰力矩幅值有界的情况下最终达到稳定。t0510152025303540-800-600-400-2000200400时 间控制力矩 x轴y轴z轴总结与展望总结： 本论文主要对三轴稳定卫星姿态控制系统进行研究分析，建立了它的数学模型，设计了经典的PID控制器，并在MATLAB/SIMULIK中搭建仿真模型，