2025年大学（航空航天工程）航天器姿态控制原理基础综合测试卷及解析

2025年大学（航空航天工程）航天器姿态控制原理基础综合测试卷及解析

（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：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.航天器姿态控制系统中，以下哪种传感器常用于测量角速度？A.陀螺仪B.加速度计C.磁强计D.太阳敏感器2.姿态运动学主要研究的是A.航天器姿态的运动方程B.姿态控制律的设计C.姿态测量方法D.干扰力矩的影响3.对于刚体航天器，其姿态描述方法不包括A.欧拉角B.四元数C.方向余弦矩阵D.傅里叶变换4.姿态控制力矩的产生方式不包括A.喷气控制B.飞轮控制C.重力梯度稳定D.光学成像5.以下哪种姿态控制方式属于被动控制？A.自旋稳定B.比例微分控制C.模糊控制D.自适应控制6.在姿态控制系统设计中，考虑干扰力矩主要是为了A.增加系统复杂性B.提高系统精度C.降低系统成本D.简化系统结构7.姿态敏感器的精度直接影响A.姿态控制的稳定性B.航天器的轨道高度C.推进剂的消耗D.通信链路质量8.对于三轴稳定航天器，其姿态控制的目标是A.保持特定姿态不变B.使姿态不断变化C.仅控制俯仰姿态D.仅控制偏航姿态9.姿态控制算法的优化主要是为了A.减少计算量B.增加控制力矩C.提高控制精度D.降低硬件成本10.航天器姿态控制原理中，反馈控制的核心是A.测量姿态偏差B.计算控制力矩C.执行控制动作D.以上都是第II卷（非选择题共70分）11.（10分）简述航天器姿态运动学的基本方程及其物理意义。12.（总共2题，每题10分，答题要求）（1）说明姿态敏感器的分类及各自的工作原理。（2）举例说明几种常见姿态敏感器在航天器中的应用场景。13.（15分）阐述姿态控制律设计的基本原则和常用方法。14.（15分）材料：某航天器在执行任务过程中，受到了周期性的干扰力矩作用，姿态出现了一定程度的偏差。已知该航天器采用喷气控制方式进行姿态调整，其姿态控制系统包括姿态敏感器、控制器和喷气执行机构。问题：请分析该航天器姿态偏差产生的原因，并提出一种可行的姿态控制方案来纠正偏差。15.（20分）材料：随着航天技术的不断发展，对航天器姿态控制的精度要求越来越高。传统的姿态控制方法在面对复杂任务和高精度要求时，逐渐暴露出一些局限性。新型的姿态控制技术不断涌现，如基于人工智能的控制方法等。问题：（1）分析传统姿态控制方法的局限性。（2）阐述基于人工智能的姿态控制方法的优势和潜在应用场景。答案：1.A2.A3.D4.D5.A6.B7.A8.A9.C10.D11.航天器姿态运动学基本方程包括欧拉运动学方程等。其物理意义在于描述航天器姿态随时间的变化规律，通过这些方程可以分析姿态运动的特性，如角速度、角加速度与姿态变化的关系等，为姿态控制提供理论基础。12.姿态敏感器分类：惯性敏感器（如陀螺仪测量角速度）、磁敏感器（利用磁场测量姿态）、光学敏感器（通过光学原理测量姿态）等。工作原理：陀螺仪利用角动量守恒测量角速度；磁敏感器基于地磁场等测量姿态；光学敏感器利用光学成像等确定姿态。应用场景：陀螺仪用于精确测量航天器姿态变化率；太阳敏感器用于确定航天器相对于太阳的姿态等。13.基本原则：稳定性、快速性、准确性等。常用方法：比例控制、比例微分控制、比例积分微分控制等，根据系统特性选择合适方法来设计控制律，以实现良好的姿态控制效果。14.姿态偏差原因：周期性干扰力矩破坏了姿态平衡。控制方案：利用姿态敏感器实时测量姿态偏差，将偏差信号传至控制器，控制器根据控制律计算喷气控制力矩，通过喷气执行机构调整姿态，采用比例积分微分控制律提高控制精度。15.（1）传统方法局限性：对复杂干扰适应