姿态动力学作业..docVIP

基于脉宽调制器的喷气姿态控制系统 题目 建立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 设计基于PD+脉宽调制器形式的喷气姿态控制系统 完成数学仿真 具体要求： 建立对地定向刚体航天器的三轴稳定姿态动力学和姿态运动学模型。 设航天器在圆轨道上运行，轨道角速度 要求姿态动力学动力学采用欧拉方程，姿态运动学模型采用zyx顺序欧拉角的姿态运动学方程； 假设姿态推力器的数学模型为理想的继电器特性； 姿态推力器的标称推力为4N(设计情况B)，在各轴上的力臂分别为1m、1.25m和1.5m。 设计PD+脉宽调制器形式的数字式喷气控制器，要求姿态角控制精度优于0.5deg。 设计情况B：控制周期为250ms，控制系统的调整时间低于10s，阻尼比为07。 在设计控制器参数时，要考虑采样-保持环节对控制性能的影响。(建议将采样-保持环节等效为域的传递函数，按连续控制系统的方法进行设计)。 对上述设计结果进行数学仿真。比较在有/无最小脉宽限制两种情况下控制精度和燃料消耗的情况。设推力器的最小脉冲宽度为30ms。 设卫星在三轴方向受到常值的气动干扰力矩，分别为 重新设计控制器，以满足控制精度的要求。并给出数学仿真结果 二.方程建立 坐标系转换（欧拉角） 设坐标系是坐标系绕其某个坐标轴旋转一个角所形成的，称这样的旋转过程为基元旋转。基元旋转的三种情况，即绕x轴、绕y轴、绕z轴的基元旋转。分别为 2.按zyx顺序欧拉角的姿态运动方程 航天器采用zyx顺序旋转的欧拉角参数来描述星体坐标系相对轨道坐标系的姿态，则星体姿态角速度矢量在星体坐标系下的分量列阵可写为 (式中，为航天器质绕地心的轨道角速度) 3.欧拉方程 (其中为刚体相对惯性系的角速度矢量，为在星体坐标下的分量列阵) 在刚体固联坐标系下的分量式为 当刚体固连坐标系fb与惯性主轴重合的时候，上式可以展开为 惯性并失=在星体固联坐标系下的坐标阵称为转动惯量矩阵 = 为推力器输出力矩，为外界常值干扰力矩，再设计要求中已给出。 其中： ) 设计系统中初始条件，令，，所以简化为： 三．程序设计 应用自动控制原理，写出闭环传递函数，考虑阻尼比0.7时，设计初值为： KP=[600，700，600]，KD=[700，800，900] 设定初始角度和角速度为： 将双积分环节编程欧拉方程，再将比例微分环节加入即可。 （3） 仿真模块具体如下 其中比例微分环节设计为： 姿态动力学部分采用了M文件编写，嵌套simulink模块中： 四．仿真结果 角度响应： 响应时间为小于10s 角速度响应： 响应时间小于10s 推力响应： 最小脉宽控制为30ms 最小脉冲宽度为30ms 航天姿态动力学大作业 1