● 摘要
三轴稳定卫星姿态的特性是固连于主体的三条正交的星体坐标轴分别与空间基准坐标轴保持平行。姿态控制系统包括姿态确定系统和姿态控制系统两部分。本文以某在研三轴稳定卫星为研究对象进行姿态确定和姿态控制研究，主要完成了以下几方面的工作：本文在对参考坐标系和姿态进行简单地描述之后，分别确定运动学方程，给出了卫星姿态动力学模型，针对干扰力矩模型进行详细地分析，为论文后面的姿态确定和控制提供了必要的准备。给出姿态确定系统的设计，在详细介绍陀螺仪、太阳敏感器和地球敏感器的原理、安装构型，测量模型后，分析了姿态计算和姿态修正的确定算法。通过一个具体的实例——基于卡尔曼滤波法设计了“陀螺+红外地平仪+太阳敏感器”模式的姿态确定系统，验证了使用太阳敏感器、红外地平仪能够精确获得星体相对参考坐标系的姿态角，而速率陀螺能连续测量姿态角速度，充当星体的姿态基准。结果证明，这样的组合模式能有效地满足姿态控制的精度，符合高精度卫星控制要求。建立卫星控制系统模型，详细分析了推力器、反作用飞轮和磁力矩器为反作用轮卸载的控制律和算法，接下来，根据动力学模型、姿态确定模型以及姿态控制模型设计了卫星的飞行控制流程和程序逻辑，并以此确定卫星各模式下的姿态确定方案，控制方案和数据交互系统，采用Visual C++平台设计姿态确定和控制系统的数学仿真软件，并得出整个控制流程的仿真结果图。证明了采用此种姿态确定和控制方案的可行性和精确性。最后，介绍了硬件接入回路的仿真的必要性和半物理仿真试验内容等，以便构建完整的通用化的卫星姿态确定和控制系统测试平台。