2025年大学大四（航空航天工程）航天器姿态控制综合测试试题及答案

2025年大学大四（航空航天工程）航天器姿态控制综合测试试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共30分）本卷共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.航天器姿态控制的主要任务不包括以下哪一项？A.保持航天器指向特定目标B.调整航天器姿态以适应轨道变化C.控制航天器的轨道高度D.克服外部干扰对航天器姿态的影响答案：C2.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.星敏感器C.陀螺D.红外地球敏感器答案：C3.航天器姿态控制系统中，反馈控制的核心作用是？A.检测姿态误差B.放大控制信号C.根据误差调整控制量D.产生控制指令答案：C4.对于三轴稳定的航天器，其姿态控制通常是针对哪三个轴进行的？A.滚动轴、俯仰轴、偏航轴B.横轴、纵轴、竖轴C.X轴、Y轴、Z轴D.以上都对答案：A5.姿态控制力矩由以下哪种方式产生？A.喷气B.飞轮C.磁力矩器D.以上都是答案：D6.航天器姿态控制中的干扰主要来源于？A.地球引力B.太阳辐射压力C.航天器内部设备振动D.以上都是答案：D7.姿态控制算法中，哪种算法常用于快速响应姿态调整？A.比例积分微分算法（PID）B.线性二次型调节器（LQR）C.自适应控制算法D.神经网络算法答案：A8.星敏感器的工作原理是基于？A.测量恒星的亮度B.识别恒星的光谱C.确定恒星的方向D.以上都不对答案：C9.航天器姿态控制精度的主要衡量指标不包括？A.姿态角偏差B.姿态角变化率C.轨道位置偏差D.姿态控制的响应时间答案：C10.当航天器需要进行大角度姿态调整时，通常采用哪种控制方式？A.连续控制B.脉冲控制C.混合控制D.以上都不合适答案：B第II卷（非选择题，共70分）二、填空题（每空2分，共20分）1.航天器姿态控制系统主要由姿态敏感器、控制器和______组成。答案：执行机构2.太阳敏感器通过测量太阳的______来确定航天器的姿态。答案：方向3.姿态控制中的干扰补偿主要是为了抵消______对航天器姿态的影响。答案：外部干扰4.飞轮通过改变其______来产生控制力矩。答案：转速5.磁力矩器利用______产生控制力矩。答案：地磁场6.姿态控制算法的设计需要考虑系统的______和稳定性。答案：动态特性7.航天器姿态控制的最终目标是使航天器保持在______的姿态。答案：预定8.自适应姿态控制算法能够根据系统的______自动调整控制参数。答案：变化9.姿态敏感器的精度直接影响航天器姿态控制的______。答案：精度10.航天器姿态控制中的冗余设计是为了提高系统的______。答案：可靠性三、简答题（每题10分，共30分）1.简述航天器姿态控制的基本原理。航天器姿态控制通过姿态敏感器测量航天器的姿态信息，将其反馈给控制器。控制器根据测量信息与预定姿态进行比较，产生控制指令。控制指令驱动执行机构产生控制力矩，从而调整航天器的姿态，使其保持在预定姿态或按要求进行姿态调整。2.说明几种常见姿态敏感器的工作特点和应用场景。太阳敏感器利用太阳方向确定航天器姿态，工作简单可靠，常用于确定太阳定向的航天器姿态控制。星敏感器精度高，可用于高精度姿态测量，适用于对姿态精度要求较高的任务。陀螺测量航天器角速度，实时反映姿态变化率，在姿态控制的动态过程中发挥重要作用。红外地球敏感器用于以地球为参考的姿态控制，可确定航天器相对于地球的姿态。3.阐述姿态控制算法在航天器姿态控制中的重要性及常用算法。姿态控制算法是航天器姿态控制的核心，它根据姿态敏感器的反馈信息，精确计算控制指令，使航天器达到并保持预定姿态。常用算法有比例积分微分算法（PID），能快速响应姿态误差并消除稳态误差；线性二次型调节器（LQR）可优化系统性能，使姿态控制更稳定高效；还有自适应控制算法能适应系统参数变化，神经网络算法可处理复杂的非线性问题，提高姿态控制的精度和适应性。四、分析题（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。经检测，姿态敏感器反馈的数据显示，航天器在滚动轴方向存在角度偏差，且姿态角变化率不稳定。已知该航天器采用喷气方式作为执行机构，姿态控制算法为传统的PID算法。问题：请分析可能导致姿态偏差的原因，并提出改进措施。可能原因：姿态敏感器可能出现故障，导致反馈数据不准确；PID算法参数可能设置不合理，不能有效消除姿态偏差和稳定姿态角变化率；喷气执行机构的工作可能不正常，推力不准确或存在故障。改进措施：对姿态敏感器进行全面检测和校准，确保数据准确；重新调整PID算法参数，通过仿真和试验优化参数设置，提高控制效果；检查喷气执行机构，排查故障，确保其正常工作，必要时进行维修或更换部件。五、设计题（20分）为一个小型卫星设计姿态控制系统。要求：简述系统的总体架构，包括姿态敏感器、控制器和执行机构的选择及理由；说明姿态控制的主要任务和控制策略。总体架构：选用星敏感器作为姿态敏感器，因其精度高，能满足小型卫星对姿态测量精度的要求。控制器采用基于LQR算法的数字控制器，可优化系统性能，实现稳定高效的姿态控制。执行机构选择喷气装置，