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本科生毕业论文（设计）中文题目卫星姿态控制系统设计英文题目Thesatelliteattitudecontrolsystemdesign答辩组号7答辩序号1学院通信工程学院专业自动化吉林大学学士学位论文（设计）承诺书吉林大学学士学位论文（设计）承诺书本人郑重承诺：所呈交的学士学位毕业论文（设计），是本人在指导教师的指导下，独立进行实验、设计、调研等工作基础上取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品成果。对本人实验或设计中做出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确的方式注明。本人完全意识到本承诺书的法律结果由本人承担。摘要摘要随着科学技术的进步，卫星技术及应用也在不断的发展，人们对卫星精度、稳定度的要求不断的提高，卫星姿态控制系统在其中的作用越来越重要，卫星姿态控制系统的设计和仿真也就成为了人们关注的热点。本文从卫星姿态控制系统设计的角度出发，建立了卫星的数学模型，并针对所建立的数学模型进行了控制系统的设计，最后搭建和实现相应的仿真系统。主要的工作有以下几个内容:首先，选定本文研究所应用的空间参考坐标系，主要介绍了两种姿态描述的方法，分别是欧拉角描述法和四元数描述法以及他们的转换关系。然后，分别利用这两种描述法建立卫星姿态动力学模型。其次，设计了PID控制器。PID控制算法应用广泛，参数易于整定，所以PID算法被非常普遍的用于卫星系统。最后，基于Matlab／Simulink进行了仿真，针对仿真结果进行分析证明PID控制器的有效性。关键词三轴稳定卫星卫星姿态控制PID控制方法仿真ABSTRACTABSTRACTWiththeprogressofscienceandtechnology,Satellitetechnologyanditsapplicationincontinuousdevelopment,Demandforsatelliteprecision,stabilityandcontinuouslyimprove,Thesatelliteattitudecontrolsystemisgettingmoreandmoreimportant,DesignandSimulationofsatelliteattitudecontrolsystemhasbecomethefocusofattentionofthepeople,thispaperthedesignofthecontrolsystemfromtheangleofsatelliteattitude,Theestablishmentofmathematicalmodelofthesatellite,Andhascarriedonthepreliminarydesignofthecontrolsystemaccordingtotheestablishedmathematicalmodel,Thedesignandimplementationofthecorrespondingsimulationsystem,Themainworkisasfollows:Firstofall，thenumberoffouryuandescriptionequation,Thenusingthemethodofmultirigidbodymodeling,Accordingtothedifferentworkingconditions,Deducedthesatellitedynamicsequationcorrespondingtothe.Basedoncertainassumptions,Flexiblesatellitedynamicsequationsaregiven.Butalsoanalyzesthedisturbancebythesatelliteinspace,Andgivesthecorrespondingmathematicalmodel,Designofattitudecontrolsystemmathematicalmodelisestablishedto.Secondly,therearemanykindsofactuatorscancontrolthesatelliteattitude,oneofwhichiszeromomentumreactionwheel.Byestablishingitsmathematicalmodel,therelationshipbetweenitsinputandoutputfunctioncanbederived,inordertostudythefeasibilityofthecontroller.ThePIDcontrollerdesign,controlofsimulationsystemanditseffectiveness.Finally,thesimulationresultsbasedonMatlab/Simulinkarecarriedout,andthesimulationresultsareprovedtoprovethevalidityofPIDcontroller.KeywordsThree-axisstabilizedsatelliteattitudeofsatellitePIDcontrolmethodsimulation目录目录第一章绪论.............................................................................................................11.1课题背景和研究意义.................................................................................11.2卫星姿控当前的发展情况.........................................................................31.3本论文的主要研究内容...........................................................................11第二章卫星姿态控制系统建模..........................................................................122.1零动量轮控制系统...................................................................................122.2卫星姿态控制系统运动学模型...............................................................142.3卫星姿态控制系统动力学模型...............................................................172.4建立执行机构的数学模型.......................................................................182.5本章小结....................................................................................................22第三章姿态控制PID控制算法设计..................................................................233.1PID控制算法的优势对比.........................................................................233.2PID简介.....................................................................................................243.3PID控制器系统设计.................................................................................283.4本章小结....................................................................................................29第四章基于Simulink建模及仿真......................................................................304.1MatlabSimulink仿真环境介绍...............................................................304.2基于MATLAB/SIMULINK的仿真分析................................................304.3本章小结....................................................................................................32结论.....................................................................................................................33参考文献...........................................................................................................34第一章绪论1第一章绪论设计一个卫星最关键的问题就是姿态控制系统的设计，这需要有相当的稳定度和精度，而且要在使用时间和稳定性上进行不断的提高，所以现在对卫星的控制系统的精度和稳定性的要求也越来越高了[1]。姿态控制系统需要具有高度的可扩展性和强大的输入输出功能。人类不断的去追求社会的发展，其认知领域和活动范围已经无法局限在地球范围内了，所以对太空的探索得到了空前的发展。现代科学技术为增长最快的一个复杂的技术，航天技术是现代科学技术和工业的高度聚集的基础，太空技术不仅可以衡量其国家的科技水平，更能够反映其国家的综合实力。太空技术的发展促进了现代社会的发展，对探索太空的奥秘起到了显著成效。1.1课题背景和研究意义1.1.1课题的背景伴随着时代的进步，科学技术得到了长足的发展。作为一个可以衡量国家科技能力的航天技术，逐渐受到各国的重视而成为了重点发展对象。航天技术是人类探索宇宙的有力武器，它也带来了非常巨大的社会上的效益与经济上的效益。空间站和气象的卫星与航天飞机以及进行科学探测的卫星和通信的卫星等不仅仅是人类去探索浩瀚宇宙的奥秘的成功的标志，而且使人类的生活发生了巨大的变化。航空与航天的技术的发展水平是反映一个国家的军事上的实力和经济上的实力的重要标志。我国的航天事业从建国到现在已经得到了迅速的发展，继1970年我国发射了第一颗人造卫星“东方红一号”以来，已经自主研制并且发射了大约70多颗卫星，这些卫星在进行地形勘测和自然灾害预测与天气预报以及军事侦察中得到了广泛的应用。神州5号飞船的发射成功更是标志着我国的航天事业迈上了一个新的台阶。航天的业务中的一个非常重要的组成部分就是卫星，我国从开始到现在一直花费非常大的精力对它进行研究。卫星的设计中的一个重要的问题就