基于MCS-51单片机小卫星力矩加载地面模拟控制

摘要

卫星在外层空间运行时，卫星姿态是卫星正常工作的基本保证。由于星内运动部件、空间力矩是卫星姿态稳定的干扰因素，因此，在地面实验中对这些干扰因素进行模拟，对卫星姿态控制系统的研制具有重要的意义。本文基于MCS-51单片机设计了一种小卫星力矩加载地面模拟控制系统，来对这些干扰因素进行模拟。硬件电路以ADuC841单片机为核心，采用光电编码器和CPLD来采集电机的运动轨迹。运用MATLAB仿真软件对该系统进行建模仿真，来确定系统的控制参数。单片机的控制主程序采用了模块化的设计，使程序结构清晰，可读性较强，同时运用Quartus II对CPLD进行了设计编程及仿真。在控制算法上，采用成熟的PID控制策略，使系统得到了良好的性能。

关键词：小卫星力矩加载；ADuC841；CPLD；PID控制；MATLAB仿真

目     录

第一章  绪论 1

1.1  课题背景 1

1.2  国内外研究的现状 1

1.3  目的和意义 2

1.4  课题研究的主要内容 2

第二章  系统总体方案的设计 3

2.1  设计要求 3

2.2  系统方案的确定 5

2.3  本章小结 6

第三章  系统硬件设计 6

3.1  系统硬件总体设计 6

3.2  数字电路的设计 6

3.3模拟电路的设计 15

3.4  系统硬件可靠性设计 17

第4章 控制系统模型的建立和控制算法的生成 20

4.1 控制系统模型的建立环境 20

4.2 控制系统模型的建立 21

4.3 PID控制算法的研究及在本系统中的应用 22

4.3.1 数字PID控制 22

4.3.2 PID控制算法在本系统中的应用 26

4.3.3 本章小节 32

第5章 系统软件的编制 33

5.1 CPLD程序的编制 33

5.2 单片机控制系统软件设计及编程环境介绍 36

5.2.1 单片机控制系统主程序设计 37

5.2.2 电机轨迹采集子程序 38

5.2.3 定时器中断子程序 39

5.2.4 串行口通讯子程序 40

5.3 本章小结 40

 

结  论 41

参考文献 42

附录1  系统控制电路板原理图 44

附录2  CPLD源程序 45

附录3  单片机控制源程序 48