ユーザー事例

多伦多大学学生与太空飞行实验室工程师合作设计和模拟纳米卫星控制系统

挑战

开发纳米卫星的精确控制,同时为研究生提供开发卫星技术和管理实际任务的经验

解决方案

利用MATLAB和Simuli万博1manbetxnk对纳米卫星姿态控制系统进行设计、建模和仿真

结果

  • 学生准备成功的工程职业
  • 满足或超过控制要求
  • 扩大与其他专家和大学的合作

“通过与空间系统工程师并肩工作,我们的研究生获得了实际在太空飞行的系统的实践经验。”

多伦多大学航天飞机实验室罗伯特·Zee博士

通常重量小于10磅(4.5千克),纳米卫星比传统卫星轻100多倍,生产成本约为1%。为了满足尺寸和预算限制,大多数纳米卫星要么没有姿态控制系统,要么没有基本系统,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。

由于重力和气流的影响,无法在实验室对精密姿态控制系统进行全面测试,因此SFL必须依靠仿真来预测在轨性能。

为了培养空间系统工程的研究生,SFL需要学生已经知道或能够快速学习的开发工具。这些工具有助于促进工程团队之间的合作,并使学生获得他们在职业生涯中可以利用的实践经验。

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团队对用于确定纳米卫星位置和方向的传感器进行建模,包括太阳传感器、磁强计、星体跟踪器和GPS接收机。他们还对用于控制卫星的组件进行建模,包括反作用轮、冷气体推进系统和磁控仪。组件模型实际卫星的接口和采样周期。

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,这两颗纳米卫星将演示在近地轨道上精确自主编队飞行,以及CanX-3,这四颗纳米卫星将用于空间天文学。

结果

  • 学生准备成功的工程职业“在SFL项目中使用MATLAB和Sim万博1manbetxulink为我们的学生提供了宝贵的实用空间系统工程经验,”Zee说。“我们的毕业生以高度胜任而闻名,他们中的许多人在空间工业或其他技术领域获得了卓越的职业。”

  • 满足或超过控制要求。“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

  • 扩大与其他专家和大学的合作。“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

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