航天器制导与控制课后题答案(西电)

《航天器控制》课堂测验三姓名：学号：1. 转子转速正负可变的飞轮称为 。

2. 航天器自旋姿态稳定基本原理为 。

3. 对于自旋航天器，绕自旋轴的圆锥运动形成的轨迹圆锥称为 ，绕角动量轴的圆锥运动形成的圆锥称为 。

4. 对于x 维航天器姿态控制任务，如果要求冗余度为y ，则所需的推力器数目为 。

5. 当旋转体的质量轴线与旋转轴线不重合且不平行时，产生的干扰力矩称为 ，当旋转体的质量轴线与旋转轴线不重合但平行时，产生的干扰力矩称为 。

6. 通过调节电机的电枢电流产生所需电磁力矩，得到控制力矩的飞轮工作模式称为 。

7. 飞轮控制力矩分配策略的定义为 。

8. 在飞轮控制力矩分配策略中，在所有可行解中确定能耗最小的解的策略称为 ，在所有可行解中确定所需各飞轮力矩最小的解称为 。

9. 已知当地地磁场强度为B ，磁力矩器磁矩为M ，对应的控制力矩为 ，由此可以看出其控制力矩有何方向约束？10. 已知基于简化模型的双自旋航天器平台姿态运动角速度如下所示，请分析该姿态运动特点。

010*******cos sin cos sin x x y y y z z z t t /t t /ωωωωλωλλωωλωλλ==⋅+⋅=⋅+⋅ 11. 简述推力器作为姿态执行机构的特点。

12. 采用推力器作为姿态控制执行器时，假设航天器姿态动力学三轴可解耦，在俯仰轴采用角度和角速度反馈的死区继电控制系统如下图所示θ1) 请写出基于角度和角速度反馈的死区继电控制律解析式。

2) 理想情况下系统轨迹最终进入极限环模式，请绘制对应相平面图。

3) 当存在常值干扰力矩时，系统的相轨迹会发生哪些变化?。

参考答案（试卷A-2008）一、名词解释（20分，每题2分）1、比冲：发动机在无限小时间间隔t δ内产生的冲量p t δ与该段时间间隔内消耗的推进剂重量0mt δ&g 之比，即00SP P t PP m t m δδ==&&g g ，式中0g 为海平面标准重力加速度。

2、过载：把火箭飞行中除重力以外作用在火箭上的所有其他外力称作过载。

3、二体问题：在卫星轨道的分析问题中，常假定卫星在地球中心引力场中运动，忽略其他各种摄动力的因素（如地球形状非球形、密度分布不均匀引起的摄动力和太阳、月球的引力等）。

这种卫星轨道称为二体轨道，分析这种轨道的特性称为二体问题。

4、轨道摄动：航天器的实际运动相对于理想轨道（即Kepler 轨道）运动的偏差称为轨道摄动。

5、星下点轨迹：星下点轨迹是卫星星下点在地球表面通过的路径，是卫星轨道运动和地球自转运动的合成。

6、临界轨道：倾角为（或，称为临界倾角，此类轨道称为临界轨道。

63.43i =o116.57i =o7、顺行轨道：如轨道倾角，则90i <o 0Ω<&，为西进轨道，又称为顺行轨道。

8、轨道转移：航天器为了从初（始）轨道转移到终（止）轨道而进行的可控制运动称为轨道转移机动或简称轨道转移。

9、再入走廊：为了实现正常再入，再入角e Θ应满足下式：min max ||||||e e e Θ≤Θ≤Θ，称这个范围为再入走廊；再入走廊定义为导向予定着陆目标的“管子”。

在此“管子”内，再入航天器满足所有的限制，如过载限制、热流限制、动压限制等。

10、总攻角：定义总攻角为速度轴与飞行器纵轴之夹角。

1vo x 11o x 二、简述（20分，每题4分）1、直接反作用原理物体产生运动状态的变化，除外界作用力外，还可通过物体本身向所需运动反方向喷射物质而获得加速度，这称为直接反作用原理。

2、刚化原理（关于变质量物体质心运动方程和绕质心转动方程的描述）在一般情况下，任意一个变质量系统在瞬时的质心运动方程和绕质心转动方程，能用如下这样一个刚体的相应方程来表示，这个刚体的质量等于系统在瞬时的质量，而它受的力除了真实的外力和力矩外，还要加两个附加力和两个附加力矩，即附加哥氏力、附加相对力和附加哥氏力矩、附加相对力矩。

1．光纤通信的优缺点各是什么？答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。

缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。

2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。

光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。

光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。

模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。

光源是LED 或LD ，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。

电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。

光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。

光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。

光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。

光检测器将光信号转化为电流信号。

常用的器件有PIN 和APD 。

然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。

模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。

光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。

光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。

光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km 一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km 时，每隔2km 将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。

光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。

光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。

6．简述WDM 的概念。

飞行控制系统复习题04级学习部第一章1．飞行控制系统的主要作用如何？（1）实现飞机的自动飞行①长距离飞行时解除驾驶员的疲劳，减轻驾驶员的工作负担；②在一些坏的天气或复杂的环境下，驾驶员难于精确控制飞机的姿态和航迹，自动飞行控制系统可以实现对飞机的精确控制；③有一些飞行操纵任务，驾驶员难于完成，如进场着陆，采用自动飞行控制则可以较好的完成这些任务。

（2）改善飞机的特性，实现所需要的飞行品质和飞行性能。

2．飞行控制系统主要由哪几部分组成，每部分主要作用是什么？①飞机：被控对象。

具体一个系统的被控物理参数可能是飞机某一个运动参数，如俯仰角，高度或倾斜角等。

被控的参量通常称为被控量。

②执行机构（又称舵机或舵回路）：接收控制指令，其输出跟踪控制指令的变化并输出一定的能量，拖动舵面的偏转。

③反馈测量部件：它测量和感受飞机被控量的变化，并输出相应的电信号。

不同的被控量需采用不同的测量元件。

④综合比较部件：将测量的反馈信号与指令信号进行比较，产生相应的误差信号。

这种功能可以与控制器的功能组合在一起。

⑤控制器：依误差信号和系统的要求进行分析、判断，产生相应的控制指令。

目前，这种功能均用数字计算机来实现。

⑥指令生成部件：经这系统的输入指令信号，它通常是被控量的期望值。

在上述系统的组成中，除被控对象外的其它部件组合又称为控制装置，在飞行控制系统中又常称为自动驾驶仪。

3．现代飞行控制系统分为哪三个回路，每个回路的作用如何?①内回路：主要的功能是实现对飞机性能的改善，如增加飞机的阻尼，增强飞机的稳定性等，又常称其为增稳回路。

②外回路：主要完成自动驾驶功能，实现姿态角控制以及速度控制功能。

③导航回路（导引回路）：利用导航系统的数据，综合利用内回路与外回路的功能可实现飞机航迹的控制（包括水平航迹与垂直航迹）。

4．闭环负反馈控制的基本方法是什么？与开环控制比较，闭环控制的优缺点。

（1）闭环负反馈控制的基本原理“检测偏差，纠正偏差。