MATLAB在-航天器控制-课程的可视化教学中的应用

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1、文章编号:２０９５－１２４８(２０１７)Ｓ１－００４５－０４ＭＡＴＬＡＢ在“航天器控制”课程的可视化教学中的应用１１２１闻新ꎬ贾涛ꎬ吴静君ꎬ张业伟(１?沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院)ꎬ１１０１３６ꎻ２?北京航空航天大学宇航学院ꎬ１００１９１)摘要:针对“航天器控制”课程理论性强、数学公式多、计算繁杂ꎬ学生难以深刻理解的特点ꎬ将Ｍａｔｌａｂ仿真软件应用于该门课程的教学中ꎬ并给出了具体的应用实例ꎮ教学实践表明ꎬ在“航天器控制”课程中使用Ｍａｔｌａｂ仿真软件可以帮助学生理解教学内容中的难点ꎬ使课程中许多抽象

2、的概念形象化ꎬ既调动了学生学习的积极性ꎬ又可提高教学效果和质量ꎮ关键词:航天器控制ꎻＭＡＴＬＡＢꎻ教学ꎻ可视化中图分类号:Ｇ４２０文献标志码:Ａｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－１２４８.２０１７.Ｓ１.０１１ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭＡＴＬＡＢｉｎｔｈｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｅａｃｈｉｎｇＳｐａｃｅｃｒａｆｔＣｏｎｔｒｏｌ１１２１ＷＥＮＸｉｎꎬＪＩＡＴａｏꎬＷＵＪｉｎｇ￣ｊｕｎꎬＺＨＡＮＧＹｅ￣ｗｅｉ(１?ＦａｃｕｌｔｙｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅꎬＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎ

3、ｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０１３６ꎬＣｈｉｎａꎻ２ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅꎬＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００１９１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｉｔｓｐｅｃｕｌｉａｒｉｔｙꎬｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｂｒｉｎｇｓｆｏｒｗａｒｄａｐｐｌｙｉｎｇＭａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｏｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｏｆｔｈｅＳｐａｃｅｃｒａｆｔＣｏｎｔｒｏｌｃｏｕｒｓｅ.Ｉｔａｌｓｏｇｉｖｅｓｔｈｅｅｘａｍｐｌｅｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｄｅｔａｉｌ.Ｔｈ

4、ｅｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｆｔｅａｃｈｉｎｇｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｅａｃｈｉｎｇＳｐａｃｅｃｒａｆｔＣｏｎｔｒｏｌ”ꎬｕｓｉｎｇｔｈｅｔｏｏｌｏｆＭａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｎｈｅｌｐｓｔｕｄｅｎｔｓｕｎｄｅｒ￣ｓｔａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｕｒｓｅꎬａｎｄｍａｋｅｍａｎｙａｂｓｔｒａｃｔｉｄｅａｓａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｉｍａｇｉｎａｔｉｖｅ.Ｉｔｎｏｔｏｎｌｙｍａｋｅｓｓｔｕｄｅｎｔｓｍｏｒｅａｃｔｉｖｅꎬｂｕｔａｌｓｏｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔａｎｄｑｕａｌｉｔ

5、ｙｏｆｔｅａｃｈｉｎｇ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＳｐａｃｅｃｒａｆｔＣｏｎｔｒｏｌꎻＭＡＴＬＡＢꎻｔｅａｃｈｉｎｇꎻｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ“航天器控制”是我国航空航天院校一门重固课堂中的理论知识ꎮ因此ꎬ如何帮助学生理解要的专业课ꎬ在专业课程体系中占有重要地位ꎮ和掌握航天控制的基本原理、基本分析方法以及该课程除具有较强的工程背景之外ꎬ还紧密结合培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力学和数学理论ꎬ涉及的变量多ꎬ系统模型复杂ꎬ力ꎬ是目前该课程教学所要解决的关键问题ꎮ因此如何提高教学效果是一个值得研究的问题ꎮ在我国

6、高校中ꎬＭＡＴＬＡＢ软件已经成为各高但是ꎬ该课程实践环节中由于现有硬件设备昂贵ꎬ校大学生、研究生必须掌握的基础工具ꎮＭＡＴ￣如购买一个姿态控制仿真转台需要５０~８０万元ＬＡＢ软件的出现使复杂的控制系统设计与分析左右ꎬ很多学校难以为学生提供良好的实验条件ꎬ问题变得简单ꎬ同时还可以较好地帮助学生深刻[１]所以很难达到良好的教学实验效果ꎬ更不利于巩理解控制理论ꎮ将ＭＡＴＬＡＢ仿真技术应用于收稿日期:２０１３－１２－２４作者简介:闻新(１９６１－)ꎬ男ꎬ辽宁沈阳人ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ博士ꎬ主要研究方向:航天器控制、航

7、天器总体设计ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｗｅｎ＿ｘｉｎ２００４＠１２６?ｃｏｍꎮ４６沈阳航空航天大学学报第３４卷“航天器控制”课程的教学无疑是一种很好的解ＭꎬＭꎬＭ分别表示滚转控制力矩、偏航控制力ｘｙｚ决办法ꎮ矩和俯仰控制力矩ꎮ１?２姿态稳定控制系统的实验设计１基于ＭＡＴＬＡＢ的航天器姿态稳针对上述系统ꎬ利用ＭＡＴＬＡＢ进行实验设定控制的可视化实验计ꎮ为简单起见ꎬ将上述方程组(２)整理为方程组(３)ꎮ航天器姿态控制包括姿态稳定和姿态机动两ì?(Ｉｙ－Ｉｚ)１ïω＝ωω＋Ｍｘｙｚｘ个方面ꎬ实现航天器姿态稳定方式有多种ꎬ本文

8、仅ïＩｘＩｘï以喷气姿态稳定系统为例ꎬ其它类同ꎮï?(Ｉｚ－Ｉｘ)１íωｙ＝ωｚωｘ＋Ｍｙ(３)喷气姿态稳定控制系统是基于质量排出反作ïＩｙＩｙ[２]ï用喷气产生控制力矩的原理进行搭建ꎬ图１所ï?(Ｉｘ－Ｉｙ)１ïωｚ＝ωｘωｙ＋Ｍｚ示为一个典型的喷气三轴姿态稳定控制系统ꎮîＩｚＩｚ２假设转动惯量参数Ｉ＝１０００(ｋｇ?ｍ)ꎬＩ＝ｘｙ２２１５００(ｋｇ?ｍ)ꎬＩ＝１８００(ｋｇ?ｍ)ꎬ初始姿态角ｚθ