多伦多大学学生与太空飞行实验室工程师一起设计和模拟纳米卫星控制系统

挑战

为纳米替卫特精确控制,同时为研究生提供开发卫星技术经验并管理实际任务

解决方案

使用MATLAB和SIMULI万博1manbetxNK设计,型号和模拟纳米卫星姿态控制系统

结果

  • 学生准备成功的工程职业
  • 控制要求满足或超过
  • 与其他专家和大学合作延长

“通过与空间系统工程师并排工作,我们的研究生在一个实际在太空中飞行的系统上获得了实践经验。”

多伦多大学航天飞机实验室罗伯特·Zee博士

纳米替肽通常比10磅(4.5千克)的重量比传统卫星轻100倍,并且可以在成本的约1%以上生产。为了满足规模和预算限制,大多数纳米卫星都是没有姿态控制系统的,或者具有基本系统,使它们不适合需要精确定位的应用。

在多伦多航空航天研究所(UTIAS)设计,分析和模拟姿态控制系统上的航天飞行实验室(SFL)的研究生和工程师在轨道上精确地控制纳米卫星的设计,分析和模拟姿态控制系统,包括加拿大先进的纳米空间实验2(CANX-2)和canx-6。

MathWorks工具是SFL控制系统设计过程的一体化。他们还使研究生能够获得现实世界空间任务的实践经验。

“我们依靠这些产品来构建传感器,执行s manbetx 845器和卫星容量特性的高保真型号;开发控制算法;并模拟整体控制系统来预测性能,“太空飞行实验室总监Robert Zee博士说。“我们的纳米卫星是世界上第一个可以在1度内保持精确的方向。凭借这种精度等级,卫星可用于真正的地球观测和天文学任务。“

挑战

除了质量和体积约束之外,纳米替肽具有有限的产生功率的能力。SFL的紧张预算和加速推出时间表带领工程师使用易于使用的低成本商业电子代替辐射硬化组件。“为了确保这些部件将在太空中可靠地工作,我们需要非常小心我们在我们周围设计,”Zee说。

因为重力和空气电流的影响使得无法在实验室中完全测试精确的姿态控制系统,因此SFL必须依靠模拟来预测轨道性能。

在太空系统工程中培训研究生,SFL所需的开发工具,学生已经知道或者可以快速学习。促进工程团队之间合作所需的工具使学生能够获得他们可以在其职业生涯中杠杆的实践经验。

解决方案

SFL使用Mathworks工具的研究生和空间系统工程师设计,模拟和构建CANX-2和其他纳米卫星的姿态控制系统。

在SFL工作之前,研究生完成了微卫星设计I和II,ZEE教授的课程,其中他们使用MATLAB®和模拟万博1manbetx®建立卫星系统的初步设计。

在Si万博1manbetxmulink中,SFL团队模拟用于确定纳米卫星位置和方向的传感器,包括太阳传感器,磁力计,星跟踪器和GPS接收器。它们还建模了用于控制卫星的组件,包括反应轮,冷气体推进系统和磁力。组件模型反映了实际的卫星接口和采样周期。

SFL使用的MATLAB和CONTROL系统工具箱™为姿态控制系统开发控制算法。使用Simu万博1manbetxlink它们将传感器,执行器和控制器型号组合使用卫星质量型号,然后模拟系统以评估其在零重力环境中的性能。

Aerospace Toolbox使团队能够估算大气拖动并对解除轨道方案进行重新入门分析。

SFL使用热室来测试空间中遇到的温度范围内的电子元件。使用数据采集工具箱™,他们收集了Matlab分析的测试数据。MATLAB还用于模拟电力系统,并对纳米卫星电池进行瞬态电源条件分析。

该团队正在使用MATLAB分析从CANX-2和CANX-6下载的遥测数据,现在正在轨道上。

目前,SFL正在研究CANX-4和CANX-5,两个纳米替肽,将展示在低地轨道中的精确性自主地层,以及CANX-3,一组将用于空间天文学的四个纳米卫星。

结果

  • 学生准备成功的工程职业。“使用Matlab和Simulink万博1manbetx在SFL项目中为我们的学生提供了宝贵的实用空间系统工程经验,”Zee说。“我们的毕业生为高度竞争而获得了声誉,其中许多人在空间行业或其他人中致力于伟大的职业生涯技术领域。“

  • 控制要求满足或超过。“CANX-2表现得非常好,准确地指向1度,”Zee说。“CANX-3被设计成稳定于1/60的程度,这对于纳米替肽来说是前所未有的。没有Matlab和Simulink,没有这种控制级别是不可能的。“万博1manbetx

  • 与其他专家和大学合作延长。“当我们与多伦多大学的其他教授在各种算法上合作时,能够分享Matlab模型是一个很大的好处,”Zee说。“我们还与加拿大的其他大学合作,它真的有助于通过Matlab和Simulink讲一个共同语言。”万博1manbetx