本文以某一具体卫星为研究对象,较为系统地研究了三轴稳定卫星的姿态控制系统,并在姿态确定算法、控制规律设计方面进行了较深入的研究。文章的主要工作如下: ● 卫星建模研究:较全面、系统地总结了各种姿态描述法、包括它们的定义、计算法则、运动学方程、换算关系及优缺点。基于四元数和欧拉角建立了完整的卫星姿态运动模型。 ● 姿态确定系统的研究:基于某气象卫星,具体设计了“红外地平仪+太阳敏感器+磁强计”无陀螺模式的姿态确定系统,包括敏感器的配置、算法建模和理论分析、仿真验证等。 ● 基于“星敏感器+光纤陀螺”组合定姿滤波算法的研究:提出了基于滤波算法的星敏感器和光纤陀螺组合的方案,并采用推广卡尔曼滤波进行信息融合,仿真结果表明:即使采用中等精度的陀螺组件,也可以实现高精度定姿。 ● 姿态控制系统的研究:对于三轴稳定卫星的姿态控制系统有多种方案,如喷气控制,飞轮控制等。本文针对零动量飞轮,基于经典控制论设计了PID反馈线性化控制律,并分析了其稳定性和鲁棒性;针对偏置动量轮系统,基于经典控制论设计了俯仰通道的PID控制律和滚动—偏航通道的非最小相位控制律。 论文的主要贡献:对低成本小卫星,采用无陀螺的姿态确定算法,能够达到精度要求;提出的星敏感器和光纤陀螺组合定姿算法,通过仿真,能够是达到高精度的要求;对于零动量轮控方案,提出一种改进的PID控制规律,通过仿真,有更好的效果。