卫星控制系统全物理仿真

仿真是应用相似定理和类比关系来研究事物 ,也就是用模型代替实际系统进行实验和研究。在卫星控制系统仿真中 ,根据所介入的模型的不同 ,分为数学仿真和物理仿真两类。卫星控制系统全物理仿真是研制卫星过程中特有的一种仿真方法 ,它利用气浮台作为运动模拟器 ,又称为气浮台仿真。本文主要叙述卫星控制系统全物理仿真的原理和用途 ,简要介绍单轴气浮台和三轴气浮台两个全物理仿真系统的组成、主要设备的技术指标以及卫星控制系统全物理仿真的几个实例     

三轴气浮台转动惯量测试方法研究

提出了一种用于实测在多轴多体卫星全物理仿真中的三轴气浮台转动惯量的新方法,着重叙述其测试原理、步骤,并进行了单通道全物理仿真试验,试验结果分析表明,该方法误差较小,又无须增添专用测试设备,因而是气浮台试验中一种简单实用的转动惯量测试方法。此方法也可稍做推广即可应用于卫星在轨运行状态监测和在轨故障检测等几个研究方面。     

多体卫星地面物理仿真的一致性研究

三轴气浮台不能直接用于多体卫星的地面物理仿真实验,这是由于部件转动引起台体 的质心变化,进而产生重力静不平衡力矩,使仿真过程无法进行,因此需要质心补偿系统对 气浮台的重力静不平衡力矩进行补偿。本文通过对多体卫星动力学和气浮台动力学的比较, 分析了在重力场中的地面物理仿真系统与真实卫星的动力学特性的不同点,给出地面物理仿 真系统能完全模拟真实卫星运动的一致性条件,并进行了数学仿真。当转动附件的质心在转 动轴或转动中心上时,气浮台系统可以完全模拟卫星系统的质量特性和力学耦合特性,否则 ,多体气浮台系统和多体卫星系统的动力学耦合特性不完全一致,需要采取一定的方法进行 补偿。
     

挠性结构卫星物理仿真试验研究

本文叙述挠性结构卫星物理仿真技术及试验研究的有关问题，主要介绍单轴气浮台仿真试验系统的设计和部分仿真试验结果。     

大型三轴气浮台转动惯量和干扰力矩高精度联合辨识技术

利用三轴气浮台对遥感卫星进行载荷平台一体化全系统闭环物理仿真,可模拟卫星在轨运行时的动力学特性,验证整星在轨状态下的姿控特性和相机成像特性等。高精度辨识气浮台转动惯量和综合干扰力矩为三轴气浮台质量特性调整及量化评估整星级试验性能提供重要参数。文章提出一种新的大型三轴气浮台转动惯量和干扰力矩联合辨识技术,通过台上飞轮对三轴施加激励作用,利用激光陀螺等姿态测量数据实现对台体惯量矩阵和干扰力矩的高精度联合辨识。与传统辨识方法不同,该技术仅利用本体角速度信息,不需要角加速度信息,避免了角速度微分引起的噪声放大,将转动惯量辨识相对误差控制在3.5%以内,气浮系统综合干扰力矩优于0.003 N·m,满足了高精度参数辨识需求。     

多体卫星复合控制物理仿真试验系统

对于具有星间链路天线的多体卫星而言 ,进行星体姿态和天线指向复合控制的地面物理仿真试验研究是一个重要课题。本文主要叙述利用单轴气浮台模拟卫星姿态运动 ,由天线框架驱动机构 (GDA)实物连接组成的多体卫星平面运动动力学环境下的物理仿真试验系统。     

基于三轴气浮台的微波成像仪干扰力矩测量方法研究

对一种基于三轴气浮台的微波成像仪干扰力矩测量方法进行了研究。用三轴气浮台实现微波成像仪的静不平衡量、动不平衡量的测量和现场整机配平,经在轨飞行验证,卫星姿态稳定度有大幅提高,方法有效、可行。     

三轴气浮台挠性航天器动力学模拟方法研究

本文研究利用气浮台上的动量轮执行机构,模拟卫星上挠性附件振动产生的干扰力矩的卫星物理仿真实验方法,以克服三轴气浮台不能直接安装挠性附件进行仿真的局限性.本实验方法通过设计一个跟踪控制器,令气浮台的姿态角速度跟踪挠性卫星参考动力学,并由动量轮产生控制力矩,该力矩即是实验模拟的挠性振动干扰力矩.理论和仿真研究表明:(1)本文提出的挠性干扰力矩模拟方法可以较好地模拟低阶挠性振动干扰力矩;(2)理论上当控制器的增益参数越大,系统能够模拟的干扰力矩频率就越大,但是由于测量噪声的影响,反馈增益不能选得过大;(3)本方法模拟的干扰力矩与真实干扰力矩存在一定的相位延迟,这是由于控制器和执行机构的固有延迟造成的.通过引入超前-滞后校正网络可以有效减小延迟的影响.     

一种基于DDFC的半物理仿真台滑模控制器设计方法

对高精度气浮台半物理仿真系统控制问题进行了研究,提出了一个基于DDFC(direct Direct dynamics Dynamics feedback Feedback compensationCompensation)的台体姿态控制方法.该方法使得系统的输入量为执行机构的转速.也就是使得执行机构工作在速率模式,这样可以避免高频噪声对控制系统的影响.提高系统的可靠性.这种方法物理概念清晰、数学过程简明,便于工程实现.仿真结果表明,台体的姿态角以较高的精度快速跟踪目标值,最终偏差满足要求.系统性能良好.     

挠性卫星振动抑制的变结构主动控制方案及实验研究

文章从工程角度出发，以具有挠性太阳帆板的卫星为背景，着重研究了挠性空间结构的低阶模型变结构控制方案。针对卫星的“飞轮—喷气”执行机构工作模式设计了算法简单的变结构控制律，并基于单轴气浮台全物理仿真系统成功地进行了国内首次挠性结构振动主动控制实验，取得了显著的控制效果。     

测试单轴气浮台转动惯量的一种方法

本文介绍物理仿真过程中实测单轴气浮台、转动惯量的一种方法，着重叙述测试原理、步骤，最后讨论测试结果和误差分折。     

基于CANoe的卫星三轴稳定控制仿真研究

CAN总线在小卫星平台系统问数据交换中得到广泛应用,为了对基于CAN总线的控制系统的设计合理性提供一种评价手段,提出了一种基于CAN总线分析软件CANoe的卫星三轴稳定控制方案仿真方法,用以分析评价系统的网络拓扑结构、应用层数据定义以及总线性能的合理性.通过仿真得出了控制系统的性能指标以及总线的负载率参数,仿真结果表明该方案运行良好,能够满足三轴稳定控制的要求.     

空间光电跟踪系统闭环全物理仿真试验技术

为验证空间光电跟踪系统与卫星平台耦合作用下的跟踪性能,提出空间光电跟踪系统全物理仿真试验方法。利用三轴气浮台模拟卫星零重力下的自由转动,在地面实现了非合作目标闭环跟踪控制和空间动力学特性的综合模拟。采用基于整星姿态动力学的重力干扰力矩辨识方法,消除转动部件重力干扰对试验的影响,实现对系统跟踪脱靶量的精确评估。试验结果表明,空间光电跟踪系统针对非合作目标的跟踪脱靶量优于0.006°（3σ）,满足系统在轨应用需求。但在对高速目标跟踪过程中,跟踪脱靶量存在一定的相位滞后,控制方案需进一步优化。     

基于磁力矩定向阻尼特性的卫星姿态磁控制

根据磁力矩在地磁场中的定向阻尼特性，提出了磁控重力梯度和有阻尼器的非重力梯度卫星姿态控制律。给出了卫星姿态运动方程，并证明采用两种方法控制卫星姿态的稳定性。根据地磁场强度变化规律选择控制系数。理论分析和仿真结果表明，基于磁力矩定向阻尼特性的卫星姿态磁控制方法简单、精度较高。     

三轴转台测试中惯性仪表输出量的分离方法

在惯性仪表主轴转台测试的基础上,采用四元数法建立了转动中的三轴转台数学模型,并以此计算在三轴转台转动中的各个时刻,重力加速度在惯性仪表坐标系上的投影,从而完成惯性仪表三轴转台测试中动态输出量和静态输出量的分离。该方法用代数运算代替了欧拉法中的三角运算,具有简单、精确且不会出现奇异的优点。在文章最后给出了在某一测试下的计算结果。     

三轴飞行仿真转台频带拓宽技术研究

将广泛应用于机器人手臂控制等其它柔性控制系统的输入指令整形减振技术移植到转台应用中,并对输入指令整形器的设计方法、对系统参数变化的鲁棒性进行了探讨和研究,最后以某单轴台控制系统为对象进行了实验,结果表明,输入指令整形器以前馈的形式应用于单轴台的控制系统时,既不影响系统的稳定性,又可以很好地抑制频带拓宽时的机械谐振,而且对系统参数变化具有较高的鲁棒性.此外,因其算法简单,且容易实现和调试,所以可作为拓宽飞行仿真转台频带的一种新途径.     

离散相似法在卫星姿态控制系统设计和数字仿真中的应用

本文叙述了离散相似法的基本原理，在此基础上给出了单输入－单输出系统的各种典型子块的系数计算公式，在典型子块的基础上构成晃动动力学、帆板挠性动力学、双二阶晃动和帆板振动滤波器动力学的复合子块，以及各种非线性复合子块。最后给出了某卫星三轴姿态控制系统的数字仿真结果。     

小卫星动量轮非线性特性建模与仿真方法

动量轮是三轴稳定卫星姿态控制的关键执行部件。由于小卫星本身的转动惯量较小，微弱的干扰力矩有可能导致整个卫星控制系统性能下降。因此，建立一个基于动量轮实际物理特性的理论仿真模型对小卫星姿态控制系统设计至关重要。本文提出了一种多输入多输出非线性建模方法，并给出了基于SIMULINK的动量轮物理特性仿真模型。该模型可以同时输出动量轮所有特征参数的实时值。最后，通过开环和闭环控制数值仿真，对模型进行了验证。数值实验结果与实际物理部件的测试结果一致。本方法可以为小卫星姿控系统的仿真提供一个有效的、精确的、可以直接应用的部件级模型。