● 摘要
本文以某小卫星的姿态确定与控制系统方案设计为背景，系统研究了小卫星的高精度姿态确定与控制方法。本文的主要研究工作如下： 首先，建立了小卫星姿态敏感器的测量模型，并针对小卫星在不同工作模式，基于卡尔曼滤波理论，设计了“光纤陀螺+红外地平仪”、“光纤陀螺+红外地平仪+数字太阳敏感器”、“光纤陀螺+星敏感器”、“光纤陀螺组合”等四种姿态确定方案。 其次，针对三轴姿态稳定工作模式，以飞轮为执行机构设计了PID控制律和自适应控制律，并进行了分析比较。第三，针对卫星姿态机动工作模式，以喷气为执行机构，设计了相平面控制律，实现了小卫星快速大角度机动。 第四，首次利用Matlab/Simulink/Stateflow建立了卫星姿态控制系统仿真平台，并对本文的研究成果进行了仿真验证，平台中利用Matlab/Stateflow将多种姿态控制模式整合，采用Matlab/GUI对平台进行封装，并通过Matlab/VR真实生动地再现卫星在轨飞行全过程。 最后，研究了从基于Matlab的数学仿真过渡到基于VxWorks的实时半物理仿真方案，具体分析了Matlab/Simulink模型到嵌入式C代码的转换方法，并成功地将转换后的C代码应用于实时多任务操作系统VxWorks之中。