2025年大学（航空航天工程）航天器控制原理综合测试卷及解析

2025年大学（航空航天工程）航天器控制原理综合测试卷及解析

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本卷共6题，每题5分。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案填涂在答题纸上。1.航天器姿态控制系统中，常用的姿态测量敏感器不包括以下哪种？A.陀螺B.星敏感器C.加速度计D.磁强计2.以下关于航天器轨道控制的说法，错误的是？A.轨道控制可改变航天器的轨道形状B.轨道控制能调整航天器的轨道高度C.轨道控制主要通过改变航天器的质量来实现D.轨道控制可使航天器进入预定轨道3.航天器控制系统中，反馈控制的核心是？A.控制器B.传感器C.执行机构D.被控对象4.对于航天器的姿态稳定，哪种控制方式具有较强的抗干扰能力？A.开环控制B.比例控制C.积分控制D.微分控制5.航天器动力系统中，化学推进剂的主要作用是？A.提供姿态调整的动力B.产生轨道转移的推力C.维持航天器的温度D.作为能源储备6.以下哪种不是航天器控制系统的常见故障类型？A.传感器故障B.控制器故障C.推进剂泄漏故障D.轨道计算错误故障第II卷（非选择题共70分）答题要求：请将答案写在答题纸上，要求书写规范、字迹清晰。7.（10分）简述航天器姿态控制系统的组成及各部分的作用。8.（15分）在航天器轨道控制中，如何根据轨道偏差调整航天器的速度？请详细说明原理。9.（15分）分析比例-积分-微分（PID）控制器在航天器控制系统中的应用特点及优势。10.（20分）材料：某航天器在执行任务过程中，姿态出现了一定偏差。已知其姿态控制系统采用了陀螺作为姿态测量敏感器，通过喷气执行机构进行姿态调整。问题：请分析可能导致姿态偏差的原因，并提出相应的解决措施。11.（20分）材料：某航天器需要从当前轨道转移到更高的轨道。已知其轨道控制主要依靠发动机产生推力。问题：请设计一个轨道转移方案，包括所需的推力大小、方向以及推进时间等参数，并说明设计依据。答案：1.C2.C3.A4.C5.B6.D7.航天器姿态控制系统主要由姿态测量敏感器、控制器、执行机构和被控对象组成。姿态测量敏感器用于测量航天器的姿态信息，如陀螺测量角速度、星敏感器测量相对于恒星的姿态等；控制器根据测量信息进行计算和决策，产生控制指令；执行机构根据控制指令产生控制力矩，如喷气发动机产生推力来调整姿态；被控对象就是航天器本体，在控制作用下改变姿态。8.根据轨道偏差调整航天器速度可利用轨道动力学原理。当轨道高度降低时，说明速度过大，需减速，可通过发动机反向喷气产生与速度方向相反的推力来实现。当轨道高度升高时，说明速度过小，需加速，发动机正向喷气增加速度。依据能量守恒和角动量守恒定律，改变速度可调整轨道能量和角动量，从而实现轨道调整。9.PID控制器在航天器控制系统中，比例环节能快速响应偏差，使系统迅速向目标姿态靠近；积分环节可消除稳态误差，保证最终精确到达目标姿态；微分环节能根据偏差变化率提前动作，增强系统的稳定性和响应速度。优势在于控制精度高、响应速度快、能有效抑制干扰，可较好地实现航天器姿态的稳定控制。10.可能原因：陀螺测量误差，导致反馈信息不准确；喷气执行机构故障，推力产生异常；外界干扰力矩影响，如空间环境中的磁场、引力等。解决措施：定期校准陀螺，提高测量精度；检查喷气执行机构，修复或更换故障部件；分析外界干扰情况，采用合适的滤波算法或增加抗干扰措施，如调整控制参数以增强系统抗干扰能力。11.首先计算当前轨道和目标轨道的能量差，得出所需增加的能量。根据能量与速度的关系算出速度增量。依据动量定理，推力大小等于速度增量与航天器质量的乘积除以推进时间。方向沿当前轨道切线方向