姿态动力学作业

航天姿态动力学大作业1基于脉宽调制器的喷气姿态控制系统航天姿态动力学大作业2一．题目1)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2)设计基于PD+脉宽调制器形式的喷气姿态控制系统3)完成数学仿真具体要求：(1)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。222222512kgm,308kgm,620kgm16kgm,12kgm,14kgmxyzxyxzyzIIIIII设航天器在圆轨道上运行，轨道角速度00.0011rad/s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；(2)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。(3)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。(4)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s域的传递函数，按连续控制系统的方法进行设计)。(5)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。(6)设卫星在三轴方向受到常值的气动干扰力矩，分别为0.01Nm,0.005Nm,0.02NmdxdydzTTT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航天姿态动力学大作业3二.方程建立1.坐标系转换（欧拉角）设坐标系错误!未找到引用源。是坐标系错误!未找到引用源。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错误!未找到引用源。在星体坐标系下的分量列阵错误!未找到引用源。可写为(式中，错误!未找到引用源。为航天器质绕地心的轨道角速度)3.欧拉方程(其中错误!未找到引用源。为刚体相对惯性系的角速度矢量，错误!未找到引航天姿态动力学大作业4用源。为错误!未找到引用源。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错误!未找到引用源。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错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。在星体固联坐标系下的坐标阵称为转动惯量矩阵错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。为推力器输出力矩，错误!未找到引用源。为外界常值干扰力矩，再设计要求中已给出。其中：错误!未找到引用源。)设计系统中初始条件，令错误!未找到引用源。，错误!未找到引用源。，所以简化为：三．程序设计（1）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：航天姿态动力学大作业5dyT推力器jT++-0ru-ePWMcTsGTsam21yIs零阶保持器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：航天姿态动力学大作业6四．仿真结果1.角度响应：航天姿态动力学大作业7响应时间为小于10s2.角速度响应：航天姿态动力学大作业8响应时间小于10s3.推力响应：最小脉宽控制为30ms航天姿态动力学大作业94.最小脉冲宽度为30ms