哈工大《飛行器設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)》高樺實(shí)驗(yàn)一

一、實(shí)驗(yàn)題目衛(wèi)星姿態(tài)控制物理仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?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(jī)構(gòu)、飛行器姿態(tài)模擬單軸氣浮實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)字信號(hào)處理器DSP控制器的功能、性能及應(yīng)用方法；通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，掌握飛行器姿態(tài)控制物理仿真實(shí)驗(yàn)原理；掌握控制算法和DSP軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)及用C語(yǔ)言在飛行器姿態(tài)控制物理仿真專(zhuān)業(yè)技術(shù)中的應(yīng)用編程及實(shí)驗(yàn)方法。三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1、以噴氣裝置作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，編寫(xiě)C語(yǔ)言，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)、編程和實(shí)驗(yàn)調(diào)試。2、完成單軸陀螺定姿的轉(zhuǎn)臺(tái)閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行姿態(tài)角機(jī)動(dòng)20°的控制。四、實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)原理及框圖圖1飛行器姿態(tài)控制實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)框圖單軸氣浮實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)原理主要是通過(guò)敏感器件（如陀螺，碼盤(pán)等）測(cè)量轉(zhuǎn)臺(tái)姿態(tài)角及角速度等信息，通過(guò)DSP控制系統(tǒng)軟件計(jì)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(jī)構(gòu)（如噴氣裝置，飛輪等），使轉(zhuǎn)臺(tái)回到設(shè)定位置。五、控制算法及說(shuō)明：噴氣控制單回路姿態(tài)控制動(dòng)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(xiàn)性姿態(tài)角作為反饋信號(hào)，當(dāng)不計(jì)姿態(tài)角給定量（）時(shí)，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(xiàn)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(biāo)平面（相平面）上，研究與間的運(yùn)動(dòng)軌跡（相軌跡），進(jìn)而可獲得關(guān)于系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間、超調(diào)量、極限環(huán)等主要姿控指標(biāo)。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(shí)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(tái)的力矩，為氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。六、軟件流程圖圖6控制軟件流程圖七、實(shí)驗(yàn)程序：見(jiàn)附一。八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：數(shù)據(jù)結(jié)果（附表二和附表三）：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以知道，實(shí)驗(yàn)成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jī)動(dòng)角度為10°，實(shí)際的穩(wěn)定角度為9.95°。誤差：，滿(mǎn)足控制精度要求相對(duì)誤差：。動(dòng)態(tài)特性分析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)我們知道：峰值角度為9.95°機(jī)動(dòng)時(shí)間。波形圖分析：衛(wèi)星從初始姿態(tài)-0.33°開(kāi)始機(jī)動(dòng)，噴皮控制系統(tǒng)開(kāi)始工作，由于一開(kāi)始噴氣產(chǎn)生的力矩比較小，姿態(tài)角緩慢地接近0