2025年大学（航空航天工程）航天器姿态控制测试题及答案

2025年大学（航空航天工程）航天器姿态控制测试题及答案

（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。请将正确答案的序号填在括号内。1.航天器姿态控制的主要任务不包括以下哪一项（）A.保持航天器的指向精度B.改变航天器的轨道高度C.克服干扰力矩对姿态的影响D.实现航天器的姿态机动2.以下哪种姿态敏感器常用于测量航天器的角速度（）A.太阳敏感器B.红外地球敏感器C.速率陀螺D.星敏感器3.航天器姿态控制系统中，执行机构的作用是（）A.测量航天器的姿态信息B.产生控制力矩以改变航天器姿态C.处理姿态测量数据D.监测航天器的姿态状态4.反馈控制系统中，反馈信号的作用是（）A.增强输入信号B.减弱输入信号C.将输出信号的一部分送回到输入端与输入信号比较D.对输出信号进行放大5.姿态控制律设计中，比例控制律的特点是（）A.能快速消除稳态误差B.控制精度高C.响应速度快，但存在稳态误差D.对干扰有很强的抑制作用6.对于一个具有三个自由度的航天器，其姿态描述方式不包括（）A.欧拉角B.四元数C.方向余弦矩阵D.轨道根数7.航天器在轨道上受到的干扰力矩不包括（）A.气动力矩B.重力梯度力矩C.发动机推力矩D.地磁力矩8.以下哪种控制方法不属于主动姿态控制方法（）A.喷气控制B.重力梯度稳定C.磁力矩器控制D.飞轮控制9.姿态控制系统的稳定性是指（）A.系统能够快速响应输入信号B.系统在干扰作用下能保持原有姿态C.系统输出信号能跟踪输入信号D.系统在初始条件或干扰作用下，其输出能随时间收敛到预期状态10.太阳敏感器主要用于测量（）A.航天器相对于太阳的方位B.航天器的角速度C.航天器的线速度D.航天器的姿态角第II卷（非选择题共70分）二、填空题（每题3分，共15分）答题要求：请在横线上填入正确的答案。1.航天器姿态控制的基本原理是通过______产生控制力矩，以克服干扰力矩，实现航天器姿态的稳定或机动。2.姿态敏感器按照测量原理可分为______敏感器、______敏感器和______敏感器等。3.姿态控制系统的性能指标主要包括______、______、______和______等。4.常用的姿态控制执行机构有______、______、______和______等。5.航天器姿态运动学描述了航天器姿态的______，而姿态动力学则研究了作用在航天器上的各种力矩与姿态______之间的关系。三、简答题（每题10分，共20分）答题要求：简要回答问题，条理清晰，内容准确。1.简述航天器姿态控制的重要性。2.说明姿态敏感器的分类及各类的工作原理。四、分析题（共20分）答题要求：根据所给材料，分析并回答问题。材料：某航天器在轨道上运行时，受到周期性的气动力矩干扰。已知该航天器采用喷气控制方式进行姿态控制，姿态控制系统采用比例控制律。当气动力矩干扰出现时，航天器姿态发生了一定程度的偏离。问题：1.请分析比例控制律在这种情况下对航天器姿态控制的影响。（10分）2.若要提高航天器在气动力矩干扰下的姿态控制精度，可采取哪些改进措施？（10分）五、设计题（共15分）答题要求：根据题目要求，设计一个航天器姿态控制系统方案。设计一个针对某小型卫星的姿态控制系统，要求能够实现卫星对特定目标的指向控制，并且在存在一定干扰力矩的情况下保持姿态稳定。请说明系统的组成部分、各部分的作用以及控制策略。答案：第I卷答案1.B2.C3.B4.C5.C6.D7.C8.B9.D10.A第II卷答案1.执行机构2.光学惯性磁3.稳定性精度响应速度带宽4.喷气发动机飞轮磁力矩器控制力矩陀螺5.运动规律运动变化三、简答题答案1.航天器姿态控制的重要性在于：它是确保航天器正常运行和完成各种任务的关键。例如，通信卫星需要精确指向地面接收站，以保证通信的稳定；遥感卫星要准确指向观测目标，获取高质量的数据；导航卫星需保持特定姿态以提供精确的导航信号等。若姿态控制不好，会影响航天器的功能实现，甚至导致任务失败。2.姿态敏感器分类及工作原理：光学敏感器利用光学原理测量航天器与天体（如太阳、地球、星星等）的相对位置关系来确定姿态；惯性敏感器基于惯性原理，通过测量加速度等物理量来计算航天器姿态的变化；磁敏感器利用地磁场等磁场信息来确定航天器姿态。四、分析题答案1.比例控制律在这种情况下，能根据姿态偏离量产生相应的控制力矩，使航天器姿态向预期方向调整。但由于比例控制存在稳态误差，所以在气动力矩干扰持续作用下，航天器姿态不能完全恢复到理想状态，会在一定范围内波动。2.可采取的改进措施有：增加积分环节，构成比例积分控制律，以消除稳态误差；提高姿态测量精度，使控制更准确；优化喷气控制策略，如采用变增益控制，根据干扰大小调整控制力度；还可结合其他控制方法，如引入自适应控制，根据干扰变化实时调整控制参数，提高姿态控制精度。五、设计题答案系统组成部分及作用：-姿态敏感器：包括光学敏感器（如星敏感器），用于精确测量卫星相对于目标的方位，为控制提供姿态信息；惯性敏感器（如陀螺仪），测量卫星姿态角速度，辅助姿态确定和控制。-控制器：接收姿态敏感器数据，根据控制策略计算控制力矩指令。-执行机构：采用喷气发动机，根据控制指令产生控制力矩，改变卫星姿态。控