SimuLink模拟卫星姿态控制系统设计

"SimuLink仿真卫星姿态控制.pdf" 是一份由孙亚辉和易涛在哈尔滨工业大学卫星技术研究所编写的文档，详细介绍了如何使用SimuLink构建卫星姿态控制的模型，包括动力学、运动学、星敏感器、角陀螺仪、控制模型等关键组成部分。 1. 姿态控制模块的组成: 该模块展示了卫星姿态控制的整个流程。Dynamics模块负责计算卫星在惯性系下的角速度，基于输入的控制力矩T。Kinematics模块则依据角速度Wib输出体坐标系下的姿态四元数Qo和卫星本体在体坐标系的角速度Wob。StarSensor模块模拟星敏感器，考虑噪声影响提供测量姿态数据Qo_m。Gyro模块扮演角速度陀螺的角色，处理Wob并加入噪声产生测量值Wob_m。Target模块根据测量的Qo_m计算姿态误差四元数的矢部e_q。Controller模块采用PD控制策略，输入e_q和Wob_m，输出控制信号T_Signal。最后，Actuator模块接收T_Signal，输出控制力矩T，完成闭环控制。 2. 动力学模块的建立: 动力学模块基于卫星动力学方程，该方程描述了力矩T对体坐标系下角动量H的影响，以及体坐标系相对于惯性坐标系的角速度w。首先，通过Add模块引入控制力矩T，然后使用Integrator模块求解角动量H，其初始值HB0取决于初始角速度。Gain模块与转动惯量矩阵I的逆相乘，计算出角速度w，矩阵运算模式需设置为Matrix(u*K)。 3. 运动学模块的建立: 运动学模块主要任务是从惯性系的角速度Wib推导出体坐标系下的姿态四元数Qo和角速度Wob，涉及卫星的运动转换。 4. 角速度陀螺模块和星敏感器模块的建立: 这两个模块分别模拟陀螺仪和星敏感器的特性，考虑噪声因素，为姿态控制提供实时测量数据。 5. 控制目标和控制模块的建立: 这两部分是控制系统的中枢，确定控制目标并根据误差信息产生控制信号。 6. 执行机构模块的建立: Actuator模块将控制信号转化为实际作用在卫星上的控制力矩，实现对卫星姿态的调整。 7. 观测器Scope的添加: 通过Scope工具，可以观察和分析各个模块的输出，帮助调试和验证模型的准确性。 8. M文件的代码: 文档还可能包含了用M文件编写的特定函数或算法，用于定义如初始条件、转动惯量矩阵等参数。 这份文档提供了一套完整的卫星姿态控制系统SimuLink建模方法，涵盖了从动力学到控制反馈的全过程，对于理解和实践卫星姿态控制系统的仿真具有很高的参考价值。