李齐政毕设答辩 (1).ppt

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
2
3
4
5
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
卫星姿态控制方法研究现状
论文研究框架
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:
四元数描述法描述卫星的运动学模型:
卫星姿态控制系统数学模型
卫星姿态动力学方程:
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:
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
PID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:
仿真模型搭建