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基于网络控制的三轴转台模拟小卫星飞行姿态的研究与实现

基于网络控制的三轴转台模拟小卫星飞行姿态的研究与实现

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作者：李志刚中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

当今世界,航天技术已经成为一个国家科技发展及综合国力的重要标志,也是维护国家安全必不可少的工具和方法。为了使卫星迅速、准确地完成既定任务,上世纪80年代至今,世界上掀起了研究、发展小卫星的热潮。2004年4月,由清华大学和航天清... 详细信息

当今世界,航天技术已经成为一个国家科技发展及综合国力的重要标志,也是维护国家安全必不可少的工具和方法。为了使卫星迅速、准确地完成既定任务,上世纪80年代至今,世界上掀起了研究、发展小卫星的热潮。2004年4月,由清华大学和航天清华卫星技术有限公司研制并共同使用的“纳星一号”的成功发射,是我国小卫星研发史上的一个里程碑。本课题正是在“纳星一号”成功发射的经验基础上,由清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室提出的,目的就是要通过Internet控制三轴转台来全面模拟小卫星在实际飞行中的姿态。基于网络控制的三轴转台模拟小卫星飞行姿态的系统采用三层的软硬件结构,从上到下依次为:应用表现层、业务逻辑服务层、和控制执行仿真层:(1)应用表现层面向远程用户提供友好的人机交互界面,在文中阐述了如何采用JSF(Java Server Faces)技术结合Ajax4jsf开发包来开发该层;(2)业务逻辑服务层由Web服务器和数据库、K880控制卡及数据反馈采集卡组成。在该层中,结合三轴转台的数学模型,并以PID控制策略为主要控制算法,实现了三轴转台控制器。业务逻辑服务层接收应用表现层传来控制指令,对其进行解释并处理,然后将相应的指令发送给三轴转台控制器来控制三轴转台运转。该层中的数据持久化和业务逻辑利用Hibernate和Spring框架来实现。(3)控制执行仿真层由步进电机及其控制器、三轴转台等组成,负责接收服务层的控制命令,并控制三轴转台进行仿真动作。该层利用数据采集反馈卡采集三轴转台的运动信息回馈给服务层和应用层,这样就形成了一个闭环控制结构,构建了一个具备系统稳定性、运动精确性等特点的控制模型。本文最后对基于网络控制的三轴转台模拟小卫星飞行姿态的整个系统进行了总结,并分析了系统的不足之处,提出了系统有待改进和添加的功能点,为系统功能的逐步完善指明了方向。

关键词：网络控制三轴转台小卫星飞行姿态物理仿真

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