南理工一號立方星姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)硬件設(shè)計及半物理仿真.pdf

1、立方體衛(wèi)星近年來發(fā)展迅速。目前全球發(fā)射的立方體衛(wèi)星數(shù)量已達300余顆，其已成為在軌航天器的一個重要分支。姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)是立方體衛(wèi)星功能實現(xiàn)的重要保障，用于實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)的測量和控制。本文以“南理工一號”雙單元立方體衛(wèi)星研制為背景，對立方體衛(wèi)星姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真技術(shù)、三軸磁強計設(shè)計測試及誤差校正技術(shù)、磁力矩器設(shè)計與測試技術(shù)、偏置動量輪設(shè)計與測試技術(shù)進行了研究。主要研究工作如下:
　　本論文首先對“南理工一號”立方星總體任

2、務(wù)進行分析，提出磁測磁控的姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)方案，采用三軸磁強計作為主要姿態(tài)測量手段，輔以粗太陽敏感器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙矢量定姿。采用偏置動量輪加三軸磁力矩器作為姿態(tài)控制手段。
　　其次，論文對姿控系統(tǒng)硬件進行詳細設(shè)計。磁強計采用低功耗設(shè)計，單機功耗小于200mW。采用高密度布板和綜合電路抗干擾設(shè)計，實現(xiàn)超小體積。論文提出了適用于立方星的磁強計綜合誤差校正理論和方案，校正后三軸誤差減小兩個數(shù)量級，有效解決星上剩磁對磁強計讀數(shù)的干擾問題。

3、三軸磁力矩器采用帶磁芯設(shè)計，在輸出磁矩不變的情況下，大幅降低系統(tǒng)功耗。論文提出了完整的微型磁力矩器設(shè)計和測試方法。采用基于H橋電路的電流時間控制電路方案，提升磁力矩器效率，在達到設(shè)計磁矩0.15Am2的基礎(chǔ)上，三軸總功耗小于500mW。偏置動量輪設(shè)計則通過參數(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)其超小體積和低功耗。設(shè)計角動量矩2mNms，可用于后期立方體衛(wèi)星任務(wù)中。
　　最后，文章對所設(shè)計的姿控系統(tǒng)進行半物理仿真，仿真結(jié)果滿足設(shè)計指標(biāo)。論文給出“南理工一號