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航天器姿态动力学simulink仿真;模拟退火算法优化控制参数
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2023-05-22
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本文适用于某些课程大作业、报告,格式标准(采用博士论文的格式),内容丰富,可直接参考。虽然只是一篇本科课程报告,但水平早已超过部分硕士的毕业论文。 带有轮控系统的航天器姿态动力学建模和控制是完成航天任务的重要保障。 根据任务需求,推导,建立了航天器姿态动力学模型、运动学模型和飞轮数学模型,有详细的数学公式推导,并设计了 PD 控制器,基于 Simulink 实现仿真;将三个方向的系统假设为二阶系统,近似求解出符合性能指标的 PD参数;最后采用模拟退火算法优化控制参数。附录给出了加入加分环节的控制效果,以及部分源码供参考。 后续有需要的,可以私信,免费领取相应的simulink程序。
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航天器姿态动力学与控制
2022.06.21
20 级航空航天工程
航天器姿态控制课程报告
基于模拟退火算法的航天器姿态动力学与
控制
姓 名:
学 号:
班 级:
学 院:
指导老师:
航天器姿态动力学与控制
2022.06.21
20 级航空航天工程
航天器姿态控制课程报告
Attitude Dynamics and Control of
Spacecraft
A Paper Submitted to
某某某 University
BY
某某某
Supervised by
Professor 某某某
School of 某学院
某大学 University
20 级航空航天工程
Ⅰ
航天器姿态控制课程报告
【摘要】 带有轮控系统的航天器姿态动力学建模和控制是完成航天任务的重要保障。本
文根据任务需求,推导、建立了航天器姿态动力学模型、运动学模型和飞轮数学模型,并设
计了 PD 控制器,基于 Simulink 实现仿真;将三个方向的系统假设为二阶系统,近似求解出
符合性能指标的 PD 参数;最后采用 SA 算法优化参数。仿真结果表明了搭建的模型正确性,
满足任务要求,优化算法取得较好的效果。
关键词: 姿态动力学、飞轮、Simulink 仿真、模拟退火算法
Abstract Attitude dynamics modeling and control of spacecraft with flywheel is an important
issue for the completion of space missions. Depending on the mission requirements, this paper derives
and establishes the spacecraft attitude dynamics model, kinematic model and flywheel mathematical
model, and designs a PD controller, which are simulated based on Simulink. To estimate parameters,
the system in three directions is assumed to be a second-order system which meets the performance
indicators. Finally, the SA algorithm is utilized to optimize the parameters. The simulation results
show that the model is correct and the requirements are fulfilled, and the optimization algorithm
achieves good results.
Key Words: Attitude dynamics、 Flywheel、 Simulink Simulation、
Simulated Annealing Algorithm
Graphic Abstract
2019 级航空航天工程
Ⅱ
航天器姿态控制课程报告
目录
航天器姿态动力学与控制课程报告 ................................................................................................. 1
摘要 ...................................................................................................................................................... Ⅰ
Abstract ............................................................................................................................................... Ⅰ
目录 ..................................................................................................................................................... Ⅱ
Contents ........................................................................................................................................... Ⅳ
图片目录 ........................................................................................................................................... Ⅵ
表格目录 .......................................................................................................................................... Ⅶ
第 1 章 总体任务 ................................................................................................................................. 1
1.1 基本要求 .................................................................................................................................... 1
1.2 具体参数 .................................................................................................................................... 1
第 2 章 预备知识 ................................................................................................................................. 3
2.1 引言 ............................................................................................................................................ 3
2.2 天球、黄道平面、春分点 ........................................................................................................ 3
2.3 航天器本体坐标系 ................................................................................................................... 4
2.4 卫星轨道坐标系 ........................................................................................................................ 4
2.5 航天器惯性主轴坐标系 ............................................................................................................ 5
2.6 转换矩阵 .................................................................................................................................... 5
2.7 航天器惯性主轴坐标系与本体坐标系之间的转换 ................................................................ 7
2.8 自控原理相关内容 .................................................................................................................... 8
第 3 章 模型建立 ............................................................................................................................... 10
3.1 模型假设和符号说明 .............................................................................................................. 10
3.2 总体系统框图 .......................................................................................................................... 11
3.3 航天器姿态动力学模型 .......................................................................................................... 11
2019 级航空航天工程
Ⅲ
航天器姿态控制课程报告
3.4 航天器姿态运动学模型 .......................................................................................................... 15
3.5 飞轮数学模型 ......................................................................................................................... 16
第 4 章 控制系统 ............................................................................................................................... 19
4.1 PD/PI/PID 控制理论 ............................................................................................................... 19
4.2 控制器设计 .............................................................................................................................. 20
4.2.1 俯仰通道设计 ................................................................................................................... 20
4.2.2 偏航和滚转通道设计 ....................................................................................................... 21
第 5 章 Simulink 建模和仿真 .......................................................................................................... 23
5.1 模型搭建 .................................................................................................................................. 23
5.1.1 PD 控制模块 ..................................................................................................................... 23
5.1.2 执行机构模块 ................................................................................................................... 23
5.1.3 姿态动力学模块 ............................................................................................................... 24
5.1.4 其他模块 ........................................................................................................................... 25
5.1.5 总体系统 ........................................................................................................................... 25
5.2 仿真结果 .................................................................................................................................. 26
第 6 章 基于模拟退火算法对 PD 参数的优化 ............................................................................... 34
6.1 引言 .......................................................................................................................................... 34
6.2 模拟退火算法原理 .................................................................................................................. 34
6.3 算法实现 .................................................................................................................................. 35
6.4 优化结果 .................................................................................................................................. 37
第 7 章 总结 ....................................................................................................................................... 41
参考文献 ............................................................................................................................................ 42
附录 .................................................................................................................................................... 43
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weixin_50951546
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