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SimuLink 真卫星姿态控制 孙亚辉，易涛 哈尔滨工业大学卫星技术研究所 syhhit@ 2014 年4 月2 日 目录 SimuLink 仿真卫星姿态控制 1 1. 姿态控制模块的组成 1 2. 动力学模块的建立 2 3. 运动学模块的建立 6 4. 角速度陀螺模块的建立 12 5. 星敏感器模块的建立 14 6. 控制 标模块的建立 14 7. 控制模块的建立 15 8. 执行机构模块的建立 16 9. 观测器Scope 的添加 16 10. M 文件的代码 18 1. 姿态控制模块的组成 卫星姿态控制的SimuLink 模块如下图所示。 其中： Dynamics 模块是动力学模块，它的输入是控制力矩T ，输出是卫星在惯性系下的角速度 Wib 。 Kinematics 模块是运动学模块，它引入Wib 然后输出体坐标系下的姿态四元数Qo 和卫 1 星本体在体坐标系下的角速度Wob 。 StarSensor 模块是星敏感器模块，它引入姿态四元数Qo，加入星敏感器噪声后输出测量 姿态四元数Qo_m 。 Gyro 模块是陀螺模块，它引入Wob，然后加入陀螺噪声得到测量的角速度Wob_m 。 Target 模块是控制 标模块，它输入测量四元数Qo_m ，输出姿态误差四元数的矢部qe 。 q Controller 模块是控制模块，它输入姿态误差四元数的矢部 和姿态角速度的测量值 e Wob_m ，输出控制信号T_Signal 。控制率为PD 控制率：T (K q K w) p e d Actuator 模块是执行机构模块，它输入控制信号，输出控制力矩T ，然后将T 引入动力 学模块。 卫星姿态控制的SimuLink 模块即建立完成。 2. 动力学模块的建立 卫星动力学方程如下：（模型中 T 为体坐标系下的力矩，H 为体坐标系下的角动量，w 为体坐标系相对于惯性坐标系的角速度在在体坐标系下的量 动力学模块如下图所示： 2 先引入控制力矩T 。再添加add 模块。得到dH，引入Integrator 模块得到H。Integrator 模块的初值是积分的初值，即为初始角动量在体坐标系下的值HB0 （由体坐标系相对于惯性 坐标系的初始角速度在在体坐标系下的量决定，在m 文件中给出。 利用Gain 模块乘以转动惯量矩阵I 的逆invIB 来得到w 。修改gain 模式为Matrix(u*K)。 I 的逆最好在m 文件中计算出来 （SimuLink 从Workspace 中调用 ，这样减少计算量。 将H 与w 引入CrossProduct 模块（叉乘模块 。 右键Subsystem 模块- “Create Mask ”来修改模块的外貌。（为模块起名Cross Product， 为输入输出起名，以防止叉乘顺序出错 3 建立叉乘模块： 在模块里面添加两个in，一个out。添加两个M