基于Simulink實時工具的小衛(wèi)星姿控物理仿真.pdf

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1、·應(yīng)用研究·王屹裴蓓基于Simulink實時工具的小衛(wèi)星姿控物理仿真53基于Simulink實時工具的小衛(wèi)星姿控物理仿真王屹，裴蓓(長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程技術(shù)分院，吉林長春130033)摘要：針對小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計和研制需要，應(yīng)用高精度單軸氣浮臺模擬小衛(wèi)星在軌運行時的微重力、無摩擦的環(huán)境，借助Simulink模塊庫建立了實時控制系統(tǒng)軟件模型，利用反作用飛輪、光纖陀螺、數(shù)顯表、控制計算機等物理設(shè)備快速構(gòu)建了簡化的小衛(wèi)星姿態(tài)控制仿真硬件系統(tǒng)，并進行了姿態(tài)控制物理仿真實驗，實驗結(jié)果表明，仿真系統(tǒng)具有較高的姿態(tài)指向精度和穩(wěn)定度

2、，能夠達到小衛(wèi)星姿態(tài)控制仿真要求。關(guān)鍵詞：小衛(wèi)星；姿控物理仿真；實時工具中圖分類號：TP23文獻標識碼：A文章編號：1672—1616(2011)15—0053—04小衛(wèi)星控制系統(tǒng)物理仿真是集控制理論、控制b．小衛(wèi)星姿態(tài)建模。計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、信息通信技術(shù)及相似小衛(wèi)星姿態(tài)一般以非線性六自由度方程來描性原理等的一項綜合性技術(shù)。目前，國內(nèi)外在衛(wèi)星述，而特殊情況下要考慮撓性和液體晃動的影響。控制系統(tǒng)研制過程中，都在進行以各類氣浮轉(zhuǎn)臺為e．性能分析和系統(tǒng)控制方案的選擇。對象的地面仿真【卜2l，對衛(wèi)星在軌運行時姿態(tài)控通過仿真

3、可以實現(xiàn)系統(tǒng)的控制，包括明確小衛(wèi)制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和控制系統(tǒng)動態(tài)性能進行星控制系統(tǒng)所要達到的控制指標、采用的姿態(tài)測量地面驗證。敏感器的精度需求及組合形式、相應(yīng)的確定算法、本文對小衛(wèi)星姿控物理仿真系統(tǒng)進行設(shè)計，利姿態(tài)控制的算法、執(zhí)行機構(gòu)的種類、力矩精度和角用高精度單軸氣浮轉(zhuǎn)臺、反作用飛輪、PC一動量的容限、控制計算機的性能、控制周期的確定104586SEV及串口卡、光纖陀螺、圓感應(yīng)同步器、數(shù)以及控制器穩(wěn)定性分析等。顯表等硬件條件和MATLAB—Simulink實時工具、d．小衛(wèi)星仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)的下傳。硬件驅(qū)動包等軟件資源，

4、建立了小衛(wèi)星物理仿真系對于小衛(wèi)星仿真實驗，對實驗數(shù)據(jù)的記錄和處統(tǒng)，同時對該仿真系統(tǒng)進行了姿態(tài)控制算法仿真。理十分重要，臺上數(shù)據(jù)主要有轉(zhuǎn)臺的角速度數(shù)據(jù)、姿態(tài)角度誤差數(shù)據(jù)、飛輪轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)、工作模式數(shù)據(jù)1小衛(wèi)星姿控物理仿真系統(tǒng)簡介等，這些數(shù)據(jù)的采集將為控制系統(tǒng)設(shè)計和分析提供中低軌道的小衛(wèi)星姿控仿真系統(tǒng)的測量部件重要依據(jù)。主要采用光纖陀螺，同時用數(shù)顯表的數(shù)據(jù)處理后來e．小衛(wèi)星姿控的離線設(shè)計和數(shù)學(xué)仿真?；趯嶒灁?shù)據(jù)對小衛(wèi)星數(shù)學(xué)模型進行修改和模擬星上的光學(xué)敏感器的姿態(tài)信息輸出。執(zhí)行部件主要有框架控制力矩陀螺、推力器等。姿態(tài)控制校核，使之

5、更接近實際，這樣對控制系統(tǒng)的設(shè)計將更有效率。在這個環(huán)節(jié)需做到離線設(shè)計與實時仿程序在臺上仿真計算機中運行，接收并處理敏感器真實驗基本吻合，這樣設(shè)計出來的控制系統(tǒng)才更有信息、計算控制指令并發(fā)送。小衛(wèi)星仿真中的主要實用價值。工作內(nèi)容如下l_3_4J：a．小衛(wèi)星軌道環(huán)境分析。對于中低太陽同步近圓軌道的空間環(huán)境，小衛(wèi)2基于實時工具的小衛(wèi)星姿控物理星將受到較大的氣動力矩、剩磁力矩、重力梯度力仿真系統(tǒng)組成矩和較小的太陽光壓力矩。而相應(yīng)的仿真實驗中2．1實時仿真工具介紹要對系統(tǒng)所在環(huán)境的干擾進行評估和測量。xPCTarget是MathWo

6、rks中的一個工具箱環(huán)收稿日期：2011—06—1O作者簡介：王屹(1964一)，女，吉林長春人，長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要從事自動化技術(shù)方面的教學(xué)與實踐工作。542011年8月中國制造業(yè)信息化第40卷第15期境，它是在標準的PC兼容機下運行的一種實時系執(zhí)行機構(gòu)采用反作用飛輪，主要技術(shù)指標：飽統(tǒng)。在xPCTarget環(huán)境下，用戶可將安裝了和角動量為1．00N·m·s；最大輸出力矩為0．1N·MATLAB、Simulink和Stateflow軟件的PC機作m；最大轉(zhuǎn)速為6500r／min。為宿主機，可以用Simulink和

7、Stateflow建模工具敏感器采用俄羅斯的VG951一D光纖陀螺，來建立用戶所需的模型并進行非實時的仿真。然其主要技術(shù)指標：測量范圍為±80。is；隨機游走為后用RT、V、Stateflow代碼生成器和C編譯器來生0．15。／~／h(3o)；測量精度為0．001。／s；常值漂成可執(zhí)行代碼，在第二個PC兼容機上進行實時的移<1。／h。運行。圖1顯示了xPCTarget與其他被控／被測同時利用數(shù)顯表的輸出來對陀螺進行最小方對象等硬件組成的應(yīng)用系統(tǒng)。差濾波，以去除陀螺的漂移。利用軟件模型來模擬2．2基于實時仿真工具的小衛(wèi)星姿控

8、仿真小衛(wèi)星在軌工作時不同工作模式下的敏感器的姿系統(tǒng)組成態(tài)信息。采用蓄電池為仿真系統(tǒng)供電，利用DC／8．硬件組成。DC模塊進行電平轉(zhuǎn)換。應(yīng)用藍牙串口完成仿真系統(tǒng)和臺下計算機的基于實時仿真工具的小衛(wèi)星姿控仿真系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖2是已經(jīng)搭建完成的基于工程數(shù)據(jù)傳輸。利用無線局域網(wǎng)進行程序的下載實時仿真