微小卫星主动磁控制技术研究

1144766066 · 发表于 2022-4-29 13:57:50

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雅宝题库解析：
随着微小卫星的迅速发展，卫星姿态控制系统也有了新的要求。由于磁强计稳定、可靠，磁力矩器体积小、重量轻、结构简单等特点，利用磁强计和磁力矩器进行姿态控制逐渐受到重视。本文针对北京航空航天大学一颗微小卫星BUAASAT进行研究，利用磁力矩器和磁强计控制实现卫星姿态三轴稳定。本文首先介绍了国内外磁控卫星的发展状况，并根据BUAASAT的姿态控制系统的任务确定姿态控制系统的功能和组成，然后建立了卫星姿态动力学和运动学模型，分析了卫星在空间可能的干扰力矩。由于BUAASAT所受不确定干扰较多，且姿态敏感器采用磁强计，因此采用状态估计法实现姿态确定。本文设计了基于三轴磁强计的EKF姿态确定和UKF姿态确定。并对比了二者的滤波性能。仿真表明，三轴磁强计可以实现中等精度的姿态确定，对于BUAASAT而言，EKF更适合于姿态确定。卫星入轨以后，姿态控制系统需要完成速率阻尼、姿态捕获及稳定。利用三轴磁强计所得数据，采用B-DOT控制，实现速率阻尼。速率阻尼完成后，针对姿态捕获和姿态稳定，设计了期望拟PD控制、限制姿态控制和滑模变结构控制律。但由于磁力矩器磁力矩的产生具有方向性约束，因此根据磁矩最小原则设计磁矩，并与期望控制力矩共同作用产生实际力矩。本文对三种控制律做了仿真对比。仿真表明了该方法的有效性，为BUAASAT姿态控制设计提供了理论基础和仿真依据。本文最后对磁力矩器的设计方法和测试方法做了研究。首先根据干扰力矩估计磁力矩的最小磁矩。然后分析了磁力矩器产生磁矩的原理，并对磁力矩器进行测试。根据测试结果以及BUAASAT的约束条件，重新设计了磁棒线圈的绕制方式，获得了绕线层数和功率、磁矩的关系。最后用磁矩和磁感应强度的关系确定了磁矩测量原理，为以后磁力矩器的设计、生产、测试提供了理论基础和指导。

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