姿態(tài)動力學作業(yè)

1、精品基于脈寬調制器的噴氣姿態(tài)控制系統(tǒng)一 題目1) 建立三軸穩(wěn)定對地定向航天器的姿態(tài)動力學和姿態(tài)運動學模型2) 設計基于 PD+ 脈寬調制器形式的噴氣姿態(tài)控制系統(tǒng)3) 完成數(shù)學仿真具體要求：(1) 建立對地定向剛體航天器的三軸穩(wěn)定姿態(tài)動力學和姿態(tài)運動學模型。Ix 512kg m2,Iy 308kg m2,Iz 620kg m2222I xy 16kg m , I xz 12kg m , I yz 14kg m設航天器在圓軌道上運行，軌道角速度0 0.0011 rad/s要求姿態(tài)動力學動力學采用歐拉方程， 姿態(tài)運動學模型采用 zyx 順序歐拉角的姿態(tài)運動學方程；(2) 假設姿態(tài)推力器的數(shù)學模型為理

2、想的繼電器特性；姿態(tài)推力器的標稱推力為4N(設計情況B),在各軸上的力臂分別為1m、1.25m 和 1.5m 。(3) 設計 PD+ 脈寬調制器形式的數(shù)字式噴氣控制器，要求姿態(tài)角控制精度優(yōu)于 0.5deg 。設計情況B:控制周期為250ms ,控制系統(tǒng)的調整時間低于10s,阻尼比為 07 。(4) 在設計控制器參數(shù)時， 要考慮采樣- 保持環(huán)節(jié)對控制性能的影響。 (建議將采樣 - 保持環(huán)節(jié)等效為 s 域的傳遞函數(shù)，按連續(xù)控制系統(tǒng)的方法進行設計)。(5) 對上述設計結果進行數(shù)學仿真。比較在有/ 無最小脈寬限制兩種情況下控制精度和燃料消耗的情況。設推力器的最小脈沖寬度為 30ms 。(6) 設衛(wèi)星在

3、三軸方向受到常值的氣動干擾力矩，分別為Tdx0.01Nm, Tdy 0.005Nm, Tdz 0.02Nm重新設計控制器，以滿足控制精度的要求。并給出數(shù)學仿真結果- 可編輯 -精品二.方程建立1 .坐標系轉換（歐拉角）設坐標系區(qū)是坐標系兀繞其某個坐標軸旋轉一個角所形成的， 稱這樣的旋轉過程為基元旋轉?；D的三種情況，即繞 x軸、繞y軸、繞z軸的基元旋轉。分別為10QrS =0 cvs 9.0 sin<pccsS 0 sin 9' J =01.sin & 0 cos & .cosifrO'(M = -sinr cosW 0. 001-2 .按zyx順序歐

4、拉角的姿態(tài)運動方程100 IfcosS 0=0匚口3 學sin p I Q10 一Mn 單 cospj lsin & 0cos & cosq/r sin sin.9 cds 力一cos 9 sin班 l.sin sini/r + casp sin & cosip sin(91 cost sini/F CT0 sin cosip 0cos E1 00 1Jeos0 sin ipcastjfi casi/r + sin sin5 sin 巾costp sin 9 siller - sin (p cossin 9sin印cos白cos <p cos g一-可編輯-航天器

5、采用zyx順序旋轉的歐拉角參數(shù)來描述星體坐標系相對軌道坐標系的姿態(tài)，則星體姿態(tài)角速度矢量如在星體坐標系下的分量列陣也可寫為至咱第四第+1®?？?la0一叫0 -pl =0,00co s平an 挈 sin 5 cos G sin <p c&s0 cos<pcosB simpcosqpcosj/f + sin sin G sin 中sin審 cos中 + cos 辭 sin 日 sin 曲（式中，W。為航天器質繞地心的軌道角速度）3 .歐拉方程til 千._» =五日=打及+£Lt （其中k為剛體相對慣性系的角速度矢量，出為記在星體坐標系下的分量列

6、百在星體坐標下的分量列陣）在剛體固聯(lián)坐標系下的分量式為 _當剛體固連坐標系fb與慣性主軸重合的時候，上式可以展開為I/O -（7 -回妣= E* I J* /1.用一億一，）43 =/血一億=慣性并失憶狂小豆一葭）am在星體固聯(lián)坐標系下的坐標陣稱為轉動慣量矩陣Ir為推力器輸出力矩，h為外界常值干擾力矩，再設計要求中已給出7啦 R154-中,.W;- gH典設計系統(tǒng)中初始條件，令所以簡化為設計初值為:三.程序設計(1)應用自動控制原理，寫出閉環(huán)傳遞函數(shù)，考慮阻尼比 0.7時,Kp=600 , 700 , 600 , Kd=700 , 800 , 900設定初始角度和角速度為:知=必備=",我=驢<Po = 0.05 /sjffo = 0-075 /s,10 0.1 fsC3將雙積分環(huán)節(jié)編程歐拉方程，冉將比例微分環(huán)節(jié)加入即可(3)仿真模塊具體如下其中比例微分環(huán)節(jié)設計為:CD姿態(tài)動力學部分采用了 M文件編寫，