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1.课题概述
2.系统仿真结果
3.核心程序与模型
4.系统原理简介
5.完整工程文件 1.课题概述 基于PID-bang-bang控制算法的卫星姿态控制。仿真输出控制器的控制收敛曲线#xff0c;卫星姿态调整过程的动画。
2.系统仿真结果 3.核心程序与模型
版本#xff1a;MATLAB…目录
1.课题概述
2.系统仿真结果
3.核心程序与模型
4.系统原理简介
5.完整工程文件 1.课题概述 基于PID-bang-bang控制算法的卫星姿态控制。仿真输出控制器的控制收敛曲线卫星姿态调整过程的动画。
2.系统仿真结果 3.核心程序与模型
版本MATLAB2022a
...........................................................%动画绘制部分if mod(t(i),3/Fcycle) Tglobal % 每隔一段时间绘制一次图形降低绘图频率以提高效率 % 计算卫星位置[x_sat, y_sat] func_satellite(x(1,i),Len1,Len2); % 计算推力向量位置[x1_th,y1_th,x2_th,y2_th] func_thrust(u(i),x(1,i),Len1,Len2,Len3,Len4); figure(1); % 创建或激活图形窗口1 subplot(2,2,[1,3]); % 在2x2的子图布局中选择第1和第3个位置进行绘图 fill(x_sat,y_sat,g); % 绘制卫星位置绿色填充 hold on; % 保持当前图形以便在同一张图上绘制更多内容 fill(r*cos(0:.1:2*pi),r*sin(0:.1:2*pi),b); % 绘制一个蓝色的圆可能是表示卫星轨迹或参考圆 fill(x1_th,y1_th,r); % 绘制推力向量的起点红色填充 fill(x2_th,y2_th,r); % 绘制推力向量的终点红色填充 hold off; % 释放当前图形不再在同一张图上绘制更多内容 pbaspect([1 1 1]); % 设置绘图区域的宽高比和深度比为1:1:1确保图形不会变形 axis([-4 4 -4 4]); % 设置坐标轴范围 subplot(2,2,2); % 在2x2的子图布局中选择第2个位置进行绘图 plot(t(1:i),x(1,1:i),-b,... % 绘制角度随时间变化的曲线蓝色实线 LineWidth,1,... % 设置线宽为1 MarkerSize,6,... % 设置标记点大小为6 MarkerEdgeColor,k,... % 设置标记点边缘颜色为黑色 MarkerFaceColor,[0.9,0.0,0.0]); % 设置标记点填充颜色为红色但这里实际上并不会显示标记点因为plot函数没有添加标记点的选项 hold on; % 保持当前图形以便在同一张图上绘制更多内容 plot(t(1:i),x(2,1:i),-r,... % 绘制角度速率随时间变化的曲线红色实线注意这里应该使用新的变量或不同的线型来区分两条曲线 LineWidth,1,... % 设置线宽为1与上一条曲线相同可能会覆盖 MarkerSize,6,... % 设置标记点大小为6同上 MarkerEdgeColor,k,... % 设置标记点边缘颜色为黑色同上 MarkerFaceColor,[0.9,0.9,0.0]); % 设置标记点填充颜色为黄色同上但这里实际上并不会显示标记点 title(状态); % 设置子图标题为“状态” legend(角度,角度速率); % 添加图例说明两条曲线分别代表什么 xlim([0 SimuTime]); % 设置x轴范围时间范围 ylim([-1.5 1.5]); % 设置y轴范围角度和角度速率范围注意这个范围可能不适合角度速率的显示 subplot(2,2,4); % 在2x2的子图布局中选择第4个位置进行绘图但实际上这里应该是第3个位置因为上面只用了两个位置 plot(t(1:i),u(1:i)); % 绘制控制器输出随时间变化的曲线 title(控制器输出); % 设置子图标题为“控制器输出” xlim([0 SimuTime]); % 设置x轴范围时间范围 ylim([-1.1 1.1]); % 设置y轴范围控制器输出范围 xlabel(时间); % 设置x轴标签为“时间” end % 积分累积注意这里可能有一个逻辑错误因为每次循环都在累积误差但没有在pwm更新时刻重置或调整累积值 Errsum Errsum Ref_pos - x(1,i); % 累积位置误差但这里实际上是在累积位置误差的差值 % 状态传播更新下一个时刻的状态 x(:,i1) x(:,i) (Astate*x(:,i) Bstate*u(i))/Fcycle; % 使用离散时间状态空间方程更新状态但这里可能存在数组越界问题因为当iend时x(:,i1)会超出数组范围 i i 1; % 循环计数器加1但这里实际上存在一个问题当iend时上面的代码会导致数组越界错误 end
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4.系统原理简介 PID比例-积分-微分控制器是一种广泛使用的控制算法它通过计算误差信号的比例、积分和微分项来调整系统的输出以减小误差并达到期望的控制目标。Bang-Bang控制则是一种简单的双模态控制策略其中控制器输出在两个极值之间切换通常用于实现快速响应。 在卫星姿态控制中PID-Bang-Bang控制算法可能结合了两者的特点当误差较大时采用Bang-Bang控制以快速减小误差当误差较小时切换到PID控制以实现更精细的调整。在卫星姿态控制系统中PID控制器比例-积分-微分控制器与bang-bang控制结合使用能够有效克服单一控制策略的局限性实现对卫星姿态的精确、快速调节。 PID控制器 基于误差(e(t))进行工作误差为期望姿态角(θ_d)与实际姿态角(θ)之差即 e(t) θ_d - θ。PID控制器输出(u(t))由以下三部分组成 u(t) K_p * e(t) K_i * ∫e(t)dt K_d * de(t)/dt 其中 K_p是比例增益它直接影响系统对当前误差的响应速度。K_i是积分增益用于消除稳态误差防止误差累积。K_d是微分增益通过预测未来误差变化趋势提高系统的动态性能和稳定性。 Bang-Bang控制 Bang-Bang控制是一种开关型控制策略其输出要么是最大值U_max要么是最小值U_min取决于当前误差是否超出设定的阈值。在卫星姿态控制中当卫星姿态偏差超出预定范围时bang-bang控制器会立即输出最大或最小控制力矩以尽快纠正姿态。 PID-bang-bang混合控制 在实际应用中PID控制可提供连续且平滑的控制输出但可能在某些极端条件下反应不足而bang-bang控制虽然反应迅速但易导致系统震荡。因此将两者结合通常会在正常状态下采用PID控制而在姿态偏差过大、需要快速响应时切换至bang-bang控制。 综合以上PID-bang-bang混合控制的具体实施可能是当卫星姿态误差e(t)在一定范围内时采用PID控制输出u_PID(t)当误差超出预设阈值时则切换为bang-bang控制输出u_BB(t)。这样既能保证姿态控制的稳定性和精确性又能应对突发的大偏差情况实现对卫星姿态的有效控制。
5.完整工程文件
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