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小卫星磁控系统设计仿真研究

杨艳  
【摘要】:安全保持模式下的小卫星姿态控制系统的稳定运行是保证小卫星在出现故障后还能正常和有效工作的前提,因此对可靠性要求很高。磁强计和磁力矩器不仅具有可靠性高、成本低、重量轻等优点,利用地磁力矩对小卫星进行姿态控制还节约推进剂,对其他设备没有污染,所以本文对三轴稳定小卫星的安全保持模式下的姿态磁控制系统进行了研究。 在姿态确定上,仅利用三轴磁强计作为提供姿态测量部件,建立了卫星姿态动力学、运动学和磁强计测量模型。考虑到卫星的姿态动力学和磁强计测量均为非线性的情况,给出了扩展Kalman滤波器(EKF )的设计,进行了仿真分析。 在姿态控制上,建立了太阳敏感器和磁力矩器的模型,分速度阻尼和太阳捕获设计了控制器,进行了仿真分析。在速度阻尼模式采用Minus-Dot-B控制器和PID控制器两种控制器进行仿真。结果表明PID控制器比Minus-Dot-B控制器的控制精度高、收敛时间短,能更好的满足系统的设计要求。 最后将采用Kalman滤波器的姿态确定和采用PID控制器的姿态控制组成主动磁控系统,进行全系统安全保持模式下的设计仿真。结果表明主动磁控系统能够很好的完成安全保持模式下的速率阻尼和太阳捕获的任务。


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