哈工大《飛行器設(shè)計綜合實驗》高樺實驗一

一、實驗題目衛(wèi)星姿態(tài)控制物理仿真實驗實驗?zāi)康恼莆诊w行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的光纖陀螺傳感器和噴氣執(zhí)行機構(gòu)、飛行器姿態(tài)模擬單軸氣浮實驗轉(zhuǎn)臺、數(shù)字信號處理器DSP控制器的功能、性能及應(yīng)用方法；通過演示實驗，掌握飛行器姿態(tài)控制物理仿真實驗原理；掌握控制算法和DSP軟件開發(fā)技術(shù)及用C語言在飛行器姿態(tài)控制物理仿真專業(yè)技術(shù)中的應(yīng)用編程及實驗方法。三、實驗任務(wù)1、以噴氣裝置作為執(zhí)行機構(gòu)，編寫C語言，進行軟件設(shè)計、編程和實驗調(diào)試。2、完成單軸陀螺定姿的轉(zhuǎn)臺閉環(huán)控制實驗，進行姿態(tài)角機動20°的控制。四、實驗控制系統(tǒng)原理及框圖圖1飛行器姿態(tài)控制實驗轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)框圖單軸氣浮實驗轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)原理主要是通過敏感器件（如陀螺，碼盤等）測量轉(zhuǎn)臺姿態(tài)角及角速度等信息，通過DSP控制系統(tǒng)軟件計算與理想（設(shè)定）狀態(tài)的誤差，并形成控制信息，操縱執(zhí)行機構(gòu)（如噴氣裝置，飛輪等），使轉(zhuǎn)臺回到設(shè)定位置。五、控制算法及說明：噴氣控制單回路姿態(tài)控制動力學(xué)方程為：，，式中，、為姿態(tài)角、姿態(tài)角速度的初值，且。噴氣推力器取為理想繼電特性，并以線性姿態(tài)角作為反饋信號，當(dāng)不計姿態(tài)角給定量（）時，有控制方程式中，為的幅值。系統(tǒng)的方框圖如圖2所示。圖2噴氣推理器取為理想繼電特性的單回路姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)方框圖研究非線性控制系統(tǒng)常用的一種分析方法是相平面法，即在有姿態(tài)角和姿態(tài)角速度構(gòu)成的直角坐標平面（相平面）上，研究與間的運動軌跡（相軌跡），進而可獲得關(guān)于系統(tǒng)過渡過程時間、超調(diào)量、極限環(huán)等主要姿控指標。圖3理想噴氣推理器的單回路姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)的相軌跡圖4相平面法的DSP實現(xiàn)原理圖控制算法為式中，為輸出的控制量，為角度預(yù)期值，為氣浮轉(zhuǎn)臺的力矩，為氣浮轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動慣量。六、軟件流程圖圖6控制軟件流程圖七、實驗程序：見附一。八、實驗結(jié)果分析：數(shù)據(jù)結(jié)果（附表二和附表三）：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以知道，實驗成功地實現(xiàn)了對衛(wèi)星單軸姿態(tài)控制物理仿真的閉環(huán)控制功能，我們的理想機動角度為10°，實際的穩(wěn)定角度為9.95°。誤差：，滿足控制精度要求相對誤差：。動態(tài)特性分析：根據(jù)實驗記錄的數(shù)據(jù)我們知道：峰值角度為9.95°機動時間。波形圖分析：衛(wèi)星從初始姿態(tài)-0.33°開始機動，噴皮控制系統(tǒng)開始工作，由于一開始噴氣產(chǎn)生的力矩比較小，姿態(tài)角緩慢地接近0