航天器控制大作业

航天器控制课程大作业

1.基本内容

建立带有反作用飞轮的三轴稳定对地定向航天器的姿态动力学和姿态运动学模型；

基于欧拉角或四元数姿态描述方法，设计PD型或PID型姿态控制律(任选一种);

利用MATLAB/Simulink软件建立航天器闭环姿态控制系统，设计姿态控制器进行闭合回路数学仿真，实现给定控制指标和

性能指标。

调研基于星敏感器+陀螺的姿态确定算法并撰写报告，要求不少于1500字。内容包括：

星敏感器、陀螺数学模型

Landsat-D卫星姿态确定调研

包括：姿态敏感器组成、姿态敏感器性能、姿态确定算法及其精度

单星敏感器+陀螺的kalman滤波器姿态估计

双星敏感器姿态确定算法(双矢量定姿)

列出主要参考文献

2.具体要求和相关参数

1)建立航天器姿态动力学方程以及基于欧拉角描述(3-1-2转序)的姿态运动学方程。基于如下假设，对航天器姿态动力学和姿态运动学模型进行简化：

航天器的轨道为近圆轨道，对应轨道角速度为常数；

航天器的本体坐标系与其主惯量坐标系重合，惯量积为零；

航天器姿态稳定控制时，姿态角和姿态角速度均为小量。进一步建立适用于航天器姿态稳定或小姿态角度工况下的线性化航天器姿态动力学和运动学模型。

2) 航天器转动惯量矩阵

2200024142460018kg m 14182500????=???????

I 轨道角速度00.0012rad/s ω=。设航天器本体系三轴方向所受干扰力矩如下：

040003cos 1() 1.510 1.5sin 3cos N m 3sin 1d t t t t t ωωωω-+????=?+?????+??T

仿真中，假设初始三轴姿态角为002~5和初始三轴姿态角速度000.01/s ~0.05/s 。

3) 采用三正装反作用飞轮作为执行机构，飞轮最大控制力矩为0.4Nm ，最大角动量20Nms 。飞轮采用力矩模式，模型采用一阶惯性环节（时间常数为0.005s ），考虑库仑摩擦力矩4410Nm -?，要求飞轮的数学模型带有饱和特性。

4) 控制指标和性能指标：

稳定度（姿态角速度）：优于0.005deg/s ；

指向精度（姿态角）：优于0.1deg ；

姿态稳定收敛时间小于100s 。

控制工程大作业(打印轮的控制分析)

控制工程大作业(打印轮的控制分析) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

控制工程基础大作业打印机中打印轮控制系统分析学院：机械工程及自动化学院班级：车辆工程2班姓名：学号：

图1 图1所示为打印机中打印轮控制系统的原理图。系统由打印轮（负载）、直流电动机及用于速度反馈的增量编辑器等组成。打印轮一般有96个字符位置。控制打印轮的位置，就是使需要的字符放在硬拷贝打印锤前。打印轮直接安装在电动机轴上能在正反两个方向旋转。编码器是一种将直线或旋转位移变换为数码或脉冲信号的装置。打印轮控制系统的控制目标是控制打印轮的位置。其原理是：当给出打印某个字符的指令时，通过指令传输电路，控制系统首先将它转换成总距离及行进方向信号，然后命令电动机驱动打印轮去校正位置。在此过程中，控制系统首先通过速度控制方式，驱动电动机打印轮系统按一定规律的转速旋转。当负载驱动到希望的位置附近后，通过位置控制方式，把位置误差控制到零，驱动打印轮在没有延迟或过大震荡的条件下尽快精确到位。对于编码器—误差检测器，有 )()()(t t t t o i θθθ-=....................

)()(s t K t e e θ=......................② 式中：s K ——编码器增益。在位置控制方式中，微处理机只不过把编码器的输出与给定参考位置进行比较，在送出与该两信号之差成比例的误差信号。对于增益为A K 的功率放大器，有 )()(a t e K t e A =.........................③ 对于永磁直流电动机，有 )()()() (a t e t e t i R dt t di L b a a a a -=+...............④ )()(t w K t e M b b =...............................⑤ )()(T t i K t T a M =................................⑥ )()() (t T t Bw dt t dw J M M M =+................⑦ 式中：b K ——电动机反电动势常数； T K ——电动机转矩常数； M w ——电动机转速； M T ——电动机输出转矩； J ——折算到电动机轴上的总转到惯量； B ——折算到电动机轴上的总粘贴阻尼系数；其余符号意义见图1。电动机输出量为 )(d (d t w t t M M =） θ...............................⑧ )()(o t t M θθ=...................................⑨

热敏电阻在航天器上的应用分析_张加迅

中国空间科学技术CHINESE SPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2004年12月第6期热敏电阻在航天器上的应用分析张加迅*王虹**孙家林* (*中国空间技术研究院,北京100086) (**山东航天电子技术研究所,烟台264000) 摘要文章首先阐述了航天器对于测温传感器的需求,并对目前航天器在地面试验和飞行试验中,所采用的主要测温传感器的特点进行了概述。然后,以目前航天器在轨运行中应用最为广泛的热敏电阻为研究对象,介绍了它在航天器中的应用方案,以及为保证其测温精度、工艺可实施性和可靠性所应注意的问题。主题词热敏电阻器温度测量热控制航天器 1引言由于航天器在空间运行时要向深冷空间辐射热量,并且受到各种复杂外热流的影响(例如对于环地航天器,存在太阳辐射、地球红外、地球反照等外热流)。因此,航天器在设计时,必须要进行合理的热控制设计,使航天器中的各种仪器设备在合适的温度水平下工作。航天器在轨运行的温度情况通过温度传感器进行反映,航天器相关分系统采集温度传感器的信号,然后传输到地面测控网站或星上热控制处理单元,由地面测试人员或相关功能系统对其进行状态判断,最终通过地面指令或星上自主控制实施对星上仪器设备的热控。因此,温度传感器所反映的温度水平的准确程度,将对仪器设备的热控制起着至关重要的作用[1,2]。另外,随着航天器的发展,各种精密仪器设备对热控的要求更为严格,由于这些仪器设备功能复杂,在保证其主要功能的前提下,通过其本身的热控设计来达到其内部精密器件的温度要求有很大难度,因此,它们常常会对航天器热环境提出较为严格的要求,而这些要求有的甚至会对整个航天器的总体方案具有决定性的影响。例如,有的光学成像仪器要求热控的温度控制水平优于011e,局部测量精度达到0105e的水平,因此,需要测温传感器的精度必须优于这些仪器设备的要求。目前国际上在航天器研制中所用的温度传感器主要有热电偶和热敏电阻两种。热电偶稳定性好、反应灵敏、价格便宜、工艺实施方便,因此在航天器的研制过程中,主要是在地面试验中得到大量采用。但由于热电偶需要进行冷端补偿,其测温精度受冷端校准精度的影响较大,当航天器在轨运行时,冷端补偿方式较难实现;而且热电偶因温度变化所产生的电信号反应较为微弱,易受干扰,克服该问题所需的星上电路复杂,存在较大偏差;此外,热电偶的测温偶丝容易受损折断,其可靠性较热敏电阻低,因此热电偶很少在航天器的在轨运行中采用。与热电偶相比,热敏电阻精度高、可靠性高,但价格昂贵,对温度的反应具有一定的滞后。由于在航天器的应用中,保证测量精度和高可靠性最为重要;另外,在轨温度的监测主要侧重于稳态温度水平。因此,从这个角度来说,热敏电阻具有一定的优势,目前国内外航天器上用于飞行试验的温度传感器主要采用热敏电阻[1,2]。收稿日期:2003-11-12。收修改稿日期:2003-12-29 54

过程控制作业答案最新版本

第一章概述 1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警，保护，连锁等部件 1.2 按设定值的不同情况，自动控制系统有哪三类？定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统 1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标，它们分别表征过程控制系统的什么性能？ a.衰减比和衰减率：稳定性指标； b.最大动态偏差和超调量：动态准确性指标； c.余差：稳态准确性指标； d.调节时间和振荡频率：反应控制快速性指标。第二章过程控制系统建模方法习题2.10 某水槽如图所示。其中F 为槽的截面积，R1，R2和R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2和Q3为流出量。要求：（1）写出以水位H 为输出量，Q1为输入量的对象动态方程；（2）写出对象的传递函数G(s)，并指出其增益K 和时间常数T 的数值。（1）物料平衡方程为123d ()d H Q Q Q F t -+= 增量关系式为 123d d H Q Q Q F t ??-?-?= 而22h Q R ??= ， 33 h Q R ??=，代入增量关系式，则有23123 ()d d R R h h F Q t R R +??+=? （2）两边拉氏变换有： 23 123 ()()()R R FsH s H s Q s R R ++ =

故传函为： 23232 3123 ()()()11R R R R H s K G s R R Q s Ts F s R R +=== +++ K=2323 R R R R +, T=23 23R R F R R + 第三章过程控制系统设计 1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热，并用搅拌器不停地搅拌物料，到物料达到所需温度后排出。试问：（1）影响物料出口温度的主要因素有哪些？（2）如果要设计一温度控制系统，你认为被控变量与操纵变量应选谁？为什么？（3）如果物料在温度过低时会凝结，据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器的正反作用？解：（1）物料进料量，搅拌器的搅拌速度，蒸汽流量（2）被控变量：物料出口温度。因为其直观易控制，是加热系统的控制目标。操作变量：蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整，变化范围较大且对被控变量有主要影响。（3）由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态，所以控制阀选择气关式。控制器选择正作用。 2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服干扰的？解：系统框图如下：

计算机控制技术复习大作业及答案

2014年上学期《计算机控制技术》复习大作业及参考答案========================================================== 一、选择题（共20题） 1.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（ A ）转换。 A．A/D转换器B．双向可控硅 C．D/A转换器D．光电隔离器 2.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（ D ）器件完成控制量的切换工作。 A．锁存器锁存B．多路开关 C．A/D转换器转换D．反多路开关 3.某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CH应取值（ A ）。 A．比较小B．比较大C．取零值D．取负值 4. 在LED显示系统中，若采用共阳极显示器，则将段选模型送至（ B ）。 A．阳极B．阴极 C．阴极或阳极D．先送阴极再送阳极 5. 电机控制意味着对其转向和转速的控制，微型机控制系统的作法是通过（B ）实现的。 A．改变定子的通电方向和通电占空比 B．改变转子的通电方向和通电占空比 C．改变定子的通电电压幅值 D．改变转子的通电电压幅值 6.计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（B） A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 7. 键盘锁定技术可以通过（C）实现。 A．设置标志位 B．控制键值锁存器的选通信号 C．A和B都行 D．定时读键值 8. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）。 A．0．3 伏以下B．0．7伏以上 C．-3伏以下D．+3伏以上 9. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（D）提高信/躁比。 A．只能通过模拟滤波电路 B.只能通过数字滤波程序 C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路 D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路 10．步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（B ）。 A．步进电机可以直接接受数字量 B．步进电机可以直接接受模拟量 C．步进电机可实现转角和直线定位 D．步进电机可实现顺时针、逆时针转动

过程控制作业

如何设计单回路控制系统？单回路反馈控制系统是应用最为广泛的一种控制系统，它由四个基本环节组成，即被控对象或被控过程、测量变送装置、控制器和控制阀。为了使系统达到预期的控制质量指标要求，就需要很好的了解具体的生产工艺机理，掌握生产过程的规律，以便确定合理的控制方案。为了设计好单回路控制系统，需要对以下几个方面问题进行分析，这包括： ①如何正确选择被控变量和控制变量。 ②如何正确选择控制阀的开、闭形式及其流量特性。 ③如何正确选择控制器的控制规律及正反作用。 ④如何正确选择测量变送装置。 ⑤系统关联性分析。 ①正确选择被控变量与控制变量。 1.被控变量的选择被控变量的选择是控制系统设计的核心问题。它选择得正确与否，将会直接关系到生产的稳定操作、产品产量和质量的提高以及生产安全与劳动条件的改善等。如果被控变量选择不当，不论采用何种控制仪表，组成什么样的控制系统，都不能达到预期的控制效果，满足不了生产的技术要求。为此，自控设计人员必须深入生产实际，进行调查研究，只有在熟悉生产工艺的基础上才能正确地选择出被控变

量。一般的过程都有较明确的要求。如对温度、压力、流量、液位控制系统，其相应的过程参数就是被控变量。通过分析，可以总结出如下几条选择被控变量的原则： (1)质量指标是产品质量的直接反映。在情况许可时，应选择质量指标参数作为被控变量。 (2)当不能选择质量指标参数作被控变量时，可选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指标参数作为被控变量。 (3)所选的间接指标参数必须具有足够大的变化灵敏度，以便反映产品质量的变化。 (4)在被控变量选择时还需考虑到工艺的合理性和国内、外仪表生产的现状。 2.控制变量的选择控制变量也称为操纵变量，是调节阀的输出，同时也是直接影响被控对象的输入信号通过对干扰通道和控制通道的K、T、τ对控制质量的影响分析，可以总结出以下几个原则作为控制变量选择的依据。 (1)所选的控制变量必须是可控的； (2)所选的控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数； (3)所选的控制变量应使扰动通道时间常数愈大愈好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小； (4)所选的控制变量其通道纯滞后时间应愈小愈好；

宇宙飞船与机器人制作原理

宇宙飞船与机器人船制作原理宇宙飞船制作原理：： 1.宇宙飞船基于对世界的理解。 2.宇宙飞船要有强大发动机功率，核动力为首选。 3.空间定位技术以及3D 方向控制，也就是说宇宙飞船可以按任意方向飞行。 4.宇宙飞船类似于卫星，但自身携带发动机组。 5.宇宙飞船可以达到光速运行，也可以低于光速运行。 6.战胜惯性系以及惯性系的立体属性，地球为9.8牛顿，即升力、推力产生。 7.宇宙飞船的生活区域与工作区域。机器人制作原理： 1.机械工程常识：立体几何。 2.大功率发动机。 3.芯片：CPU 。习题集： 1、用m 表示地球同步通信卫星的质量、h 表示卫星离地面的高度、M 表示地球的质量、R 0表示地球的半径、g 0表示地球表面处的重力加速度、T 0表示地球自转的周期、ω0表示地球自转的角速度，则：（1）地球同步通信卫星的环绕速度v 为 A . ω0（R 0+h ） B . h R GM +0 C . 3 0ωGM D . 3 2T GM π （2）地球同步通信卫星所受的地球对它的万有引力F 的大小为 A . m 2 00 2 0) (h R g R + B . m ω20（R 0+h ） C . m 3 00204 ω g R D . m 3 4 416T GM π （3）地球同步通信卫星离地面的高度h 为 A . 因地球同步通信卫星和地球自转同步，则卫星离地面的高度就被确定 B . 3 2 2 0ω g R －R 0 C . 2 2 04πGMT －R 0 D . 地球同步通信卫星的角速度虽已确定，但卫星离地面的高度可以选择. 高度增加，环绕速度增大，高度降低，环绕速度减小，仍能同步

过程控制大作业2014

自动化仪表与过程控制课程大作业 1、（15分）如图所示为加热炉的两种控制方案。试分别画出（a ）、（b ）所示两种情况的方框图，说明其调节过程并比较这两种控制方案的特点。 2、（15分）如图所示为一液体储槽，需要对液位加以自动控制。为安全起见，储槽内液体严格禁止滥出，试在下述两种情况下，分别确定调节阀的气开、气关型式及调节器的正、反作用。（1）选择流入量Qi 为操纵变量；（2）选择流出量Q0为操纵变量。（3）以上2种情况分别出其系统框图。 3、（20分）（用MATLAB 仿真实现）实验测得某液位过程的矩形脉冲响应数据如下：矩形脉冲幅值△μ=20%阀门开度变化，脉冲宽度△t=20s ：（1）将该矩形脉冲响应曲线转化为阶跃响应曲线；（2）根据阶跃响应曲线确定该过程的数学模型及相关参数（如K 、T 和τ等），并根据这些参数整定PI 控制器的参数，用仿真结果验证之。 4、（25分）已知副被控对象的传递函数为模型为1 1 )(+= s s G ，主被控对象传函为1 121 )(01+= s s G ，执行器传递函数为1)(=s G v ，主检测变送器的传递函数为1)(1=s G m ，

副检测变送器的传递函数为1)(2=s G m 。干扰源为0.4的单位阶跃信号。（1）画出串级控制系统的框图及同等条件下的单回路系统框图；（2）在Matlab 的Simulink 下完成上面的两个系统；（3）设定PID 调节器的参数，并画出相应的单回路及串级控制系统的单位阶跃响应曲线； 5、（25分）已知被控对象的传递函数为 1121 )(+= s s G ，干扰通道的传递函数为 521 )(2++= s s s D ，执行器传递函数为1)(=s G v ，检测变送器的传递函数为1)(1=s G m ，干扰信号为0.4的单位阶跃信号。（1）确定前馈控制器的传递函数Gff （s ），画出反馈-前馈控制系统的框图；（2）在Matlab 的Simulink 下完成上面的两个系统；（3）设定PID 调节器的参数，并画出相应的单位阶跃响应曲线（4）加入干扰后，观察两系统的阶跃响应曲线的变化。要求： 1、第1和第2题可以采用手写，其它3题要进行仿真设计，手写和打印均用A4纸； 2、严禁抄袭，发现雷同，一律不及格； 3、时间安排：12月10日下午4点前，以班级为单位收齐后交到东6B301，未位交的一律不准参加答辩。12月11日-12日在东6B301答辩，具体时间到时再通知，不参加答辩的按缺考处理。

过程控制工程课后作业答案

第一章纸质作业答案一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量与阀杆行程之间的关系。调节阀的流量特性有线性型，等百分比型，快开型，抛物线型调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑，利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性，从而使整个广义对象的特性近似为线性。二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，也成为单回路控制系统。简单控制系统的典型方块图为三．按照已定的控制方案，确定使控制质量最好的控制器参数值。经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法四、解： (1) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为 (2) 被控对象：液体贮槽

被控变量：贮槽液位操纵变量：贮槽出口流量主要扰动变量：贮槽进口流量五、解： (1) 选择流入量 Q为操纵变量，控制阀安装在流入管线上， i 贮槽液位控制系统的控制流程图为为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于关闭状态，所以应选用气开形式控制阀，为“+”作为方向。操纵变量即流入量 Q增加时，被控变量液位是上升的，故对象为“+”作用方向。由于 i 控制阀与被控对象都是“+”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。 (2) 选择流出量 Q为操纵变量，控制阀安装在流出管线上， o 贮槽液位控制系统的控制流程图为

为了防止液体溢出，在控制阀气源突然中断时，控制阀应处于全开状态，所以应选用气关形式控制阀，为“-”作为方向。操纵变量即流出量 Q增加时，被控变量液位是下降的，故对象为“-”作用方向。由于 o 控制阀与被控对象都是“-”作用方向，为使控制系统具有负反馈作用，控制器应选择反作用。六、（1）加入积分作用后，系统的稳定性变差，最大动态偏差增大、余差减小加入适当的微分作用后，系统的稳定性编号，最大动态偏差减小，余差不变。（2）为了得到相同的系统稳定性，加入积分作用后应增大比例度，加入微分作用后应适当的减小比例度。第二章纸质作业答案一．由两个控制器组成，分别接受来自被控对象不同部位的测量信号。一个控制器的输出作为下一个控制器的给定值，后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构来看，两个控制器是串级工作的，称为串级控制系统。方框图如下二．答：前馈控制系统方块图

过程控制期末大作业

已知飞轮升降系统模型对象： G(s) = e?30s (10s+1)2= e?30s 100s2+20s+1 要求：根据下列方法进行PID整定，写出整定后的PID参数，并画阶跃响应曲线表示M p、t s、t p。 1.根据响应曲线法整定参数； 2.使用衰减曲线法整定参数； 3.使用临界比例度法整定参数； 4.使用smith预估器法整定参数。将四种方法图像放在一张图中比较，并用表格比较动态特性参数。解： 1.根据响应曲线法整定参数： τ=30s，T=10s，K=1 则PID调节器的整定参数值为： K c K= 1.35(τ T )?1+ 0.27 = 1.35×(30 10 )?1+ 0.27 = 0.72 T i T = [2.5（τ T ）+ 0.5(τ T )2]/[1 + 0.6（τ T ）] = [2.5×(30 10 )+0.5(30 10 )2]/[1+0.6(30 10 )] = 4.286 T d T = 0.37（τ T ）/[1 + 0.2（τ T ）] = 0.37×(30 10 ) /[1+0.2(30 10 )] = 0.6938 进而可以求得理论的PID参数为：K p=K c= 0.7200 K i= K p T i = 0.72 42.86 = 0.01680 K d= K p T d= 0.72×6.938 = 4.995 将理论PID参数带入MATLAB仿真框图：

显示结果：可以看出，曲线超调量虽然很小，但过渡过程时间依然很长，则仍需继续调节PID参数。当K p= 0.68；K i= 0.019；K d=7时显示结果：此时M p＜10%，t s较之前大大缩短，曲线效果好 2.使用衰减曲线法整定参数：把调节器置成纯比例控制系统，用MATLAB进行试验，不断调节比例带，直

人造卫星基本原理

人造卫星的基本原理参考、摘录自——王冈曹振国《人造卫星原理》一、关于椭圆轨道在地球引力的作用下，要使物体环绕地球作圆周运动，那么必须使得物体的速度达到第一宇宙速度。如果卫星所需的向心力恰好和其所受万有引力相等，则它将作圆周运动。若其所需向心力大于地球引力，这是物体的运动轨迹就变成椭圆轨道了。物体的速度比环绕速度（作圆周运动时的速度）大得越多，椭圆轨道就越“扁长”，直到达到第二宇宙速度，物体便沿抛物线轨道飞出地球引力场之外。因为发射卫星和飞船时，入轨点的速度控制不可能绝对精确，速度大小的微小偏离，和速度方向与当地的地球水平方向间的微小偏差，都会使航天器的轨道不是圆形二是椭圆形，椭圆扁率取决于入轨点的速度大小和方向。二、卫星运动轨道的几何描述尽管开普勒定律阐明的是行星绕太阳的轨道运动，它们可以用于任意二体系统的运动，如地球和月亮，地球和人造卫星等。假定地球中心O 在椭圆的一个焦点上 a ——椭圆的半长轴 b ——椭圆的半短轴 >11.2km/s-抛物线 >16.7km/s-双曲线

c e ——偏心率 a c e = P e ——近地点 A p ——远地点 P ——半通径)1(2 2 e a a b P -== Y w ——轴与椭圆交点的坐标 f ——真近点角，近地点和远地点之间连线与卫星向径之间的夹角 E ——偏近点角只要知道了卫星运行的椭圆轨道的几个主要参数：a ，e 等，卫星在椭圆轨道上任一点（r ）处的速度就可以计算出来： )12( a r v - = μ 其中2μ=GM （地心万有引力常数）椭圆轨道上任一点处的向径r 为：)cos 1(E e a r -= 近地点向径：)1(e a r p -= 远地点向径：)1(e a r A += 所以，近地点r 最小，卫星速度最大e e a v -+? = 112 μ 远地点r 最大，卫星速度最小e e a v +-? = 112 μ 卫星或飞船入轨点处的速度，通常就是近地点的速度，这个速度一般要比当地的环绕速度要大；而椭圆轨道上远地点速度则比当地的环绕速度要小。圆形轨道可以看成椭圆轨道的特殊情况。即a=b=r ，所以 r GM r v = = 2 μ A

过程控制考试作业

自动化仪表与过程控制课程大作业 1、（15分）如图所示为加热炉的两种控制方案。试分别画出（a ）、（b ）所示两种情况的方框图，说明其调节过程并比较这两种控制方案的特点。解：图A 为串级控制系统，主变量为加热炉出口温度T ，福变量为燃料油流量Q ，引入副变量Q 的目的是为了及时克服由于燃料油压力波动对主变量T 的影响，以提高主变量T 的控制质量。图B 调节器TC 和FC 串级工作，但没有副回路，所以不是串级控制系统。如果FC 选为比例调节器，那么原油的流量变化仍能及时通过FC 来改变燃料油的流量，起到静态前馈作用，而TC 能根据被控量?的变化起到反馈作用。为前馈反馈控制系统，系统的被控变量时原油的出口温度T

两种控制系统的比较：（1）（1）串级控制包含一个主回路和一个副回路，改善了被控制过程的动态特性，增强了对一次和二次扰动的克服能力，提高了对回路参数变化的自适应能力。（2）从前馈控制角度，由于增加了反馈控制，降低了对前馈控制模型的精度要求，并能对未选做前馈信号的干扰产生校正作用。从反馈控制角度，由于前馈控制的存在，对主要干扰作了及时的粗调作用，大大减少对控制的负担。 2、（20分）（用MATLAB仿真实现）某液位控制系统，在控制阀开度增加10%后，液位的响应数据如下： t(s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 h(mm) 0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3 （3）如果用具有延迟的一阶惯性环节近似，确定其参数K,T，，并根据这些参数整定PI控制器的参数，用仿真结果验证之。（4）解：（1）输入命令（5）t=[0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100]; （6）h=[0 0.8 2.8 4.5 5.4 5.9 6.1 6.2 6.3 6.3 6.3]; （7）plot(t,h); （8）xlabel('时间t(s)'); （9）ylabel('液位h(mm)'); （10）grid on; （11）hold on; （12）[x,y]=ginput(1) （13）[x1,y1]=ginput(1) （14）gtext('tao=5.5326') （15）gtext('T=34.3')

宇宙飞船与宇宙飞船制作原理

宇宙飞船与宇宙飞船制作原理宇宙飞船技术要点： 1.宇宙飞船基于对世界的理解。 2.宇宙飞船要有强大发动机功率，核动力为首选。 3.空间定位技术以及3D 方向控制，也就是说宇宙飞船可以按任意方向飞行。 4.宇宙飞船类似于卫星，但自身携带发动机组。 5.宇宙飞船可以达到光速运行，也可以低于光速运行。 6.战胜惯性系以及惯性系的立体属性，地球为9.8牛顿，即升力、推力产生。 7.宇宙飞船的生活区域与工作区域。宇宙飞船习题集： 1、用m 表示地球同步通信卫星的质量、h 表示卫星离地面的高度、M 表示地球的质量、R 0表示地球的半径、g 0表示地球表面处的重力加速度、T 0表示地球自转的周期、ω0表示地球自转的角速度，则：（1）地球同步通信卫星的环绕速度v 为 A . ω0（R 0+h ） B . h R GM +0 C . 3 0ωGM D . 3 2T GM π （2）地球同步通信卫星所受的地球对它的万有引力F 的大小为 A . m 2 00 2 0) (h R g R + B . m ω20（R 0+h ） C . m 3 00204 ω g R D . m 3 4 416T GM π （3）地球同步通信卫星离地面的高度h 为 A . 因地球同步通信卫星和地球自转同步，则卫星离地面的高度就被确定 B . 3 2 2 0ω g R －R 0 C . 2 2 04πGMT －R 0 D . 地球同步通信卫星的角速度虽已确定，但卫星离地面的高度可以选择. 高度增加，环绕速度增大，高度降低，环绕速度减小，仍能同步 2、将卫星发射至近地圆轨道1（如图所示），然后再次点火，将卫星送入同步轨道3。轨道1、2相切于Q 点，2、3相切于P 点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是： A ．卫星在轨道3上的速率大于轨道1上的速率。 B ．卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度。 C ．卫星在轨道1上经过Q 点时的加速度大于它在轨道2上经过Q 点时的加速度。

《可编程控制器》大作业及要求

网络教育学院《可编程控制器》大作业题目：十字路口交通灯设计学习中心：河北沧州黄骅奥鹏学习中心层次：高中起点专科专业：电力系统自动化技术年级：2012年03 春/秋季学号：121389128470 学生姓名：韩云龙

2013年9月份《可编程控制器》大作业具体要求： 1 作业内容从以下五个题目中任选其一作答。 2 正文格式作业正文内容统一采用宋体，字号为小四，字数在2000字以上。 3. 作业提交学生需要以附件形式上交离线作业（附件的大小限制在10M以内），选择已完成的作业，点“上交”即可。如下图所示。 4. 截止时间 2013年9月3日。在此之前，学生可随时提交离线作业，如需修改，可直接上传新文件，平台会自动覆盖原有文件。 5. 注意事项请同学独立完成作业，不准抄袭其他人或者请人代做，如有雷同作业，成绩以零分计！

题目五：十字路口交通灯控制设计起动后，南北红灯亮并维持30s。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，东西绿灯亮25s 后闪亮，3s后熄灭，东西黄灯亮，黄灯亮2s后，东西红灯亮，与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。南北绿灯亮25s后闪亮，3s后熄灭，南北黄灯亮，黄灯亮2s后，南北红灯亮，东西红灯灭，东西绿灯亮。依次循环。十字路口交通灯控制示意图及时序图如下图所示。设计要求：（1）首先对可编程序控制器（PLC）的产生与发展、主要性能指标、分类、特点、功能与应用领域等进行简要介绍；（2）设计选用西门子S7－200 系列PLC，对其I/O口进行分配，并使用 STEP7-MicroWIN编程软件设计程序梯形图（梯形图截图后放到作业中）；

过程控制第一到三章作业

第一章作业 1.1 常用的评价控制系统动态性能的单项性能指标有哪些？它与误差积分指标各有何特点？答：(1)衰减率ψ、超调量σ、稳态误差e ss、调节时间t s、振荡频率ω；(2)单项指标用若干特征参数评价系统优劣，积分指标用误差积分综合评价系统优劣。 1.2 什么是对象的动态特性？为什么要研究对象的动态特性？答：(1)指被控对象的输入发生变化时，其输出（被调量）随时间变化的规律；(2)实现生产过程自动化时，对象的动态特性可以为控制工程师设计出合理的控制系统满足要求提高主要依据。 1.3 通常描述对象动态特性的方法有哪些？答：微分方程或传递函数。 1.4 过程控制中被控对象动态特性有哪些特点？答：无振荡、稳定或中性稳定、有惯性或迟延、非线性但在工作点附近可线性化。 1.11 某水槽水位阶跃响应实验为：其中阶跃扰动量Δμ=20%。 (1)画出水位的阶跃响应曲线；

(2)若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。解：MATLAB编程如下： %作出标幺后的响应曲线 t=[ 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 400 ]; h=[ 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 98 ]; x=0:0.01:400; y=interp1(t,h,x,'spline'); %三次样条函数据己知的t、h插出x的值 yy=y/y(end); %输出标幺 plot(x,yy,'k'); xlabel('t/s'); ylabel('h/mm'); title('阶跃响应曲线','fontsize',10); grid; %找出最接近0.39和0.63的点 less1=find(yy<=0.39); more1=find(yy>=0.39); front1=less1(1,end);

航天器控制工具箱

航天器控制工具箱 Spacecraft Control Toolbox 基于Matlab软件的航天器控制工具箱Spacecraft Control Toolbox 是Princeton Satellite System公司（简称PSS）最早和应用最广的产品之一，有20多年的历史，被广泛用来设计控制系统、进行姿态估计、分析位置保持精度、制定燃料预算以及分析航天器动力学特性等工作。Spacecraft Control Toolbox 工具箱经过多次飞行验证，证明是行之有效的。这个工具箱涵盖了航天器控制设计的各个方面。用户可以在很短的时间内完成各种类型航天器控制系统的设计和仿真试验。软件的模型和数据易于修改，具有良好的可视化功能。大部分算法都可以看到源代码。 Spacecraft Control Toolbox（简称SCT）由不同的模块组成。组成结构图如下各个模块的主要功能和特点

SCT Core Toolbox -- 基本工具箱 SCT基本工具箱针对需要迅速解决实际工程问题的工程师而设计，包含了航天器控制系统设计的基本内容，也是其他SCT模块运行的基础。它建立在PSS公司大量工程经验的基础上，其中包括GPS IIR、Inmarsat 3和GGS Polar Platform卫星的控制系统设计。迄今这些系统仍然在太空正常运行。PSS公司使用这个工具箱完成的Cakrawarta-1卫星姿态控制系统设计，所花费用仅仅是通常的十分之一。这颗卫星从1997年11月升空一直运行至今。另外的例子还包括一颗NASA卫星的姿态控制系统设计。主要功能和特点 ?航天器控制系统设计和分析 ?柔性多体航天器姿态动力学建模 ?包含柔性体展开模型和多体的逻辑树描述 ?轨道动力学分析和仿真 ?姿态估计 ?星历表计算 ?包括大气、重力场和磁场的环境模型 ?指向保持的燃料预算 ?各种有用参数的数据库； ?可视化

航天器控制原理

1.1 世界航天技术发展的概况航天技术发展是当今世界上最引人注目的事业之一，它推动着人类科学技术的进步，使人类活动的领域由大气层内扩展到宇宙空间。航天技术是现代科学技术的结晶，是基础科学和技术科学的集成，力学、热力学、材料学、医学、电子技术、光电子技术、自动控制、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、喷气推进、制造工艺学等学科，以及这些科学技术在航天应用中相互交叉、渗透而产生的大量新学科，都对航天技术的发展起了重要作用。所以，航天技术是一个国家科学技术水平的重要标志。航天技术是一门综合性的工程技术，主要包括：制导与控制技术，热控制技术，喷气推进技术，能源技术，空间通信技术，遥测遥控技术，生命保障技术，航天环境工程技术，火箭及航天器的设计、制造和试验技术，航天器的发射、返回和在轨技术等。由多种技术融于一体的航天系统是现代高技术的复杂大系统，不仅规模庞大，技术高新、尖端，而且人力、物力耗费巨大，工程周期长。时至今日，航天技术已被广泛应用到政治、军事、经济和科学探测等领域，已成为一个国家综合国力的象征。 .1.2 近代航天技术的发展 19世纪末20世纪初，火箭才又重新蓬勃地发展起来。近代的火箭技术和航天飞行的发展，涌现出许多勇于探索的航天先驱者，其中代表人物K．3．齐奥尔科夫斯基，R．戈达德(Robert Goddard)，H．奥伯特(Hermann Oberth)。航天技术从20世纪50年代末期的研究试验阶段到70年代中期，发展到了广泛实际应用阶段。其中60年代以来，为科学研究、国民经济和军事服务的各种科学卫星与应用卫星得到了很大发展。至70年代，军、民用卫星已全面进入应用阶段。一方面向侦察、通信、导航、预警、气象、测地、海洋、天文观测和地球资源等专门化的方向发展，同时另一方面，各类卫星亦向多用途、长寿命、高可靠性和低成本的方向发展。这两种趋势相互补充，取得了显著的效益。80年代中后期，基于模块化和集成化设计思想的新型微、小卫星崛起，成为航天技术发展中的一个新动向。这类卫星重量轻、成本低、研制周期短、见效快，已逐渐成为今后应用卫星的一支生力军。

航天器热控材料

航天器热控原理与材料姓名：张静学号：12S109065 指导教师：李春东日期：2012.10.12

航天器热控材料 1 前言航天器热控制又称温度控制, 是随着航天技术发展起来的一门综合多学科的新技术, 是任何航天器必不可少的技术保障系统之一。它涉及材料学、热学、计算数学、化学、光学、流体力学、电子学、计算机科学以及试验测量技术等诸多学科领域。它的任务是通过合理组织航天器内部和外部的热交换过程, 使航天器各部位的温度处于任务所要求的范围内, 为航天器的仪器设备正常工作, 提供良好的温度环境。航天器热控制技术种类很多，使用的场合也各不相同，但从总体上看，一般可分成被动热控制技术和主动热控制技术两类。被动热控制技术是一种开环控制，在控制过程中被控对象的温度无反馈作用，一旦状态确定后，基本上没有调节的余地，通常选择具有一定热物理性能的材料，并通过航天器的布局，合理安排与空间环境及内部仪器设备之间的热交换，使航天器各部分处于要求的温度范围内。被动热控制部分除了布局上的合理安排之外．主要通过包括热控涂层、多层隔热组件等各种不同热控材料的使用，最大限度地减少航天器和周围宇宙空间不可调节的热交换，以控制和调节外部恶劣的热环境及其变化对航天器的影响，这样可以减少航天器内部的温度波动，以满足大部分仪器设备的温度范围要求。被动热控制技术是航天器热控的主要手段之一，而各种热控材料是重要的实现途径，在各类航天器上得到广泛的应用。 2 典型热控材料随着空间技术的不断发展, 我国已经研制成功多种热控材料。日前, 应用最多最广的有涂层、多层隔热材料、热管、电加热器、导热填料、控温仪和测、控温元件, 在某些情况下也使用过百叶窗、相变材料、热扩散板和环路热管。在载人飞船上还使用厂泵驱动单相流体回路、风扇等装置。这些热控材料, 确保我国航天器热控任务顺利实现。 2.1 热控涂层在空间真空环境下，物体的表面温度在很大程度上取决于其表面的太阳吸收比和红外发射率的比值αs/ε。因而，航天器及仪器设备的不同表面温度可以通过选取不同αs/ε的热控涂层来进行调节。热控涂层按其组成特点可分为金属基材型涂层、电化学涂层、涂料型涂层、薄膜型涂层、二次表面镜型涂层、织物涂层等。金属基材型涂层直接在金属基材的表面进行一定的处理就可以形成，如经抛光、喷砂等工艺处理后的表面。电化学涂层一般采用阳极氧化、电解着色和电镀

过程控制作业题答案

《过程控制系统》思考题一． 1．什么叫串级控制系统？绘制其结构方框图。串级控制系统是由两个控制器的串接组成，一个控制器的输出做为另一个控制器的设定值，两个控制器有各自独立的测量输入，有一个控制器的给定由外部设定。 2．与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？多了一个副回路，形成双闭环。特点：主控制器输出改变副控制器的设定值，故副回路构成的是随动系统，设定值是变化的。在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。 3．为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有较强的抑制扰动的能力？ ①副回路的快速作用，对于进入副回路的干扰快速地克服，减小了干扰对主变量的影响； ②引入副回路，改善了副对象的特性(减小副对象的相位滞后)，提高

了主回路的响应速度，提高了干扰的抑制能力； ③副回路可以按照主回路的要求对副变量进行精确控制； ④串级系统提高了控制系统的鲁棒性。 4．串级控制系统在副参数的选择和副回路的设计中应遵循哪些主要原则？ ①将主要干扰包括在副回路； ②副回路尽量包含多的干扰； ③为保证副回路的快速响应，副对象的滞后不能太长； ④为提高系统的鲁棒性，将具有非线性时变部分包含于副对象中； ⑤需要对流量实现精确的跟踪时，将流量选为副对象。 5．串级控制系统通常可用在哪些场合？ * 应用于容量滞后较大的过程 * 应用于纯时延较大的过程 * 应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程 * 应用于参数互相关联的过程 * 应用于非线性过程 6．前馈控制与反馈控制各有什么特点？绘制前馈控制系统结构方框图。前馈：基于扰动来消除扰动对被控量的影响；动作“及时” ；

飞行器控制原理复习要点

1.航天器的基本系统组成及各部分作用。 2.航天器轨道和姿态控制的概念、内容和相互关系各是什么？ 3.阐述姿态稳定的各种方式，比较其异同。 4.主动控制与被动控制的主要区别是什么？ 5.利用牛顿万有引力定律推倒、分析航天器受N体引力时的运动方程，并阐述简化为二体相对运动的合理性。 6.证明在仅有二体引力的作用下，航天器的机械能守恒。 7.证明在二体问题中，航天器的运动轨道始终处于空间的一个固定平面内。 8.比较航天器各种圆锥曲线轨道的参数a，c，e，p的特点，分析它们与轨道常数h和。 9.利用牛顿定律证明开普勒第三定律。 10.计算第一宇宙速度和第二宇宙速度。 11.已知一个木星探测器在距地面3400km处的逃逸速度为7900m/s，而实际速度为11200m/s。试问该探测器飞至木-地距离的一半时，其速度为多少？轨道形状如何？ 12.什么是轨道六要素，它们是如何确定航天器在空间的位置的？ 13.分析描述航天器姿态运动常用的参考坐标系之间的相对关系。 14.若航天器本体坐标系Oxyz各轴不是主惯量轴，试推倒姿态欧拉动力学方程。 15.设有两颗转动惯量,, I I I完全相同的沿圆轨道运行的地球卫星，一颗轨道高 x y z 度为2000km，另一颗为200km。试定量分析这两颗卫星各通道之间耦合的强弱，并阐述产生耦合的原因。 16.比较各种常用姿态敏感器的优缺点。 17.航天器用的推力器应具有什么特点？为什么认为电推力器是最有发展前景的推力器？ 18.飞轮分为几种？各种的区别是什么？ 19.分析比较各种环境执行机构适用的航天器和轨道高度。 20.分析比较航天器各类姿态控制方式的性能优劣。 21.证明航天器的自旋稳定原理，分析航天器绕最大惯量轴旋转不稳定的原因。 22.主动章动阻尼和被动章动阻尼的区别是什么？ 23.与单自旋卫星相比，双自旋卫星的主要优缺点是什么？双自旋稳定原理如何？