衛星姿態控制硬體在迴路測試用之磁場模擬艙

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：112

、訪客IP：18.220.187.178

姓名

林恆安(Heng-An Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

衛星姿態控制硬體在迴路測試用之磁場模擬艙
(The magnetic field simulation instrument for the hardware-in-the-loop testing of Satellite attitude control)

相關論文

★ 大學太空酬載計畫實作管理方法研究	★ 微電鍍控制系統之開發
★ 異波速媒體測距系統的開發	★ 電極引導微電鍍系統之開發
★ 異波速媒體相位差測距系統之開發	★ 橢圓幾何參數鑑別之理論模擬及實作
★ 多極式陽極引導微電鍍系統	★ 雙頻超音波測距研究
★ 3D陽極引導微電鍍系統開發	★ 變頻式超音波測距之可行性研究
★ 氧敏感光波光電倍增管敏感度校正平台開發 I	★ 地面物體搜索用無線網路的開發
★ 自動地面車輛用之可堆疊串接電源系統	★ 相容AX25KISS通訊協定之無線通訊系統開發
★ C4M函式庫開發及其在閉迴路脈衝蘭摩爾探針開發上應用	★ 光束擾動之自適應控制研究

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

至系統瀏覽論文 ( 永不開放)

摘要(中)

本研究以亥姆霍茲線圈(Helmholtz Coil)開發一個可程式、高解析度的動態磁場模擬艙，利用前饋控制與回饋控制抵銷外部環境磁場的干擾，產生高精度的動態磁場環境，提供磁相關系統執行硬體在迴路測試。磁場的規劃有靜態磁場與動態磁場兩種模式，磁場的輸出範圍為±100000nT。
動態磁場可自行設定衛星軌道與初始姿態，模擬衛星在該軌道中運行的磁場歷程，並接受衛星體受力回饋計算姿態歷程，提供磁致動姿態控制系統驗證，執行硬體在迴路測試；而靜態磁場可以提供磁感測儀器進行校正與性能硬體在迴路測試。

摘要(英)

This study is to develop a programmable, high-resolution dynamic magnetic field simulator by the Helmholtz Coil, which uses feed-forward control and feedback control to offset the external magnetic field disturbance to make a highly accurate dynamic magnetic field to supply Magnetic systems perform hardware-in-the-loop testing. The magnetic field is planned to have two modes: static magnetic field and dynamic magnetic field. The magnetic field range is +100000nT~-100000nT.
The dynamic magnetic field can set the satellite orbit and initial attitude, simulate the magnetic field history of the satellite running in the orbit, and accept the satellite force feedback to calculate the attitude history, provide magnetic actuation attitude control system verification, and hardware-in-the-loop testing. Static magnetic fields can provide magnetic sensor for calibration and hardware-in-the-loop testing.

關鍵字(中)

★ 衛星姿態控制
★ 亥姆霍茲線圈
★ 硬體在迴路測試
★ 磁場模擬艙

關鍵字(英)

論文目次

中文摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VII
第一章緒論 1
1-1研究目的與動機 1
1-1-1 研究目的 1
1-1-2 研究動機 1
1-2研究構想 2
1-3論文章節 3
第二章理論及技術基礎 4
2-1 Helmholtz coil磁場均勻度定義與推導 4
2-2地磁模型與變化 7
2-2-1地球磁場模型 7
2-2-2國際地磁參考場，IGRF 8
2-3飛行器空間姿態表示法 (旋轉矩陣表示法) 8
2-3-1歐拉角座標轉傳 8
2-3-2四元數座標轉換 9
2-4座標系統與座標系統轉換 10
2-4-1地心慣性座標系統 10
2-4-2地心地固座標系統 11
2-4-3經緯高座標系統 11
2-4-4東北下座標系統 12
2-4-5軌道參考座標系統 13
2-4-6衛星體參考座標系統 13
2-5衛星飛行軌道歷程計算 13
2-5-1 Two Line Element 13
2-5-2軌道六元素 15
2-5-3克卜勒方程式 17
2-6衛星姿態計算 18
2-6-1動態方程式與運動方程式 18
2-6-2重力梯度力矩 20
2-6-3磁力矩 22
第三章系統設計 23
3-1整體功能方塊 24
3-2衛星感受磁場模擬器功能方塊 25
3-3磁場產生控制器功能方塊 26
第四章數據分析與討論 28
4-1磁場模擬艙校正 28
4-2衛星磁感測器硬體在迴路測試 35
4-3衛星姿態硬體在迴路之模擬效能極限測試 42
第五章結論與未來展望 47
第六章參考文獻 48

參考文獻

[1] Oyama K-I, Kakinami Y, Liu JY, Kamogawa M, Kodama T (2008) Reduction of electron temperature in low-latitude ionosphere at 600 km before and after large earthquakes. J Geophys Res 113:A11317
[2] 陳光榮，「地磁帕金森向量變化與地震活動度之相關性」
[3] Fathy, Hosam K., et al. "Review of hardware-in-the-loop simulation and its prospects in the automotive area." Defense and Security Symposium. International Society for Optics and Photonics, 2006.
[4] Poppenk, Fedde M., R. Amini, and G. F. Brouwer. "Design and application of a Helmholtz cage for testing nano-satellites." Delft University of Technology, The Netherlands (2007): 9
[5] Ure, N. Kemal, Yigit Bekir Kaya, and Gokhan Inalhan. "The development of a Software and Hardware-in-the-Loop Test System for ITU-PSAT II nano satellite ADCS." Aerospace Conference, 2011 IEEE. IEEE, 2011.
[6] Springmann, John, James Cutler, and Hasan Bahcivan. "Magnetic sensor calibration and residual dipole characterization for application to nanosatellites." AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference. 2010
[7] Leite Filho, Waldemar, Lais Mallaco, and Domingos Carrijo. "Hardware in the loop simulation of an attitude control system." Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit. 1999.
[8] Corpino Sabrina, and Fabrizio Stesina. "Verification of a cubesat via hardware-in-the-loop simulation." IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems 50.4 (2014): 2807-2818.
[9] Leitner, Jesse. "A hardware-in-the-loop testbed for spacecraft formation flying applications." Aerospace Conference, 2001, IEEE Proceedings.. Vol. 2. IEEE, 2001.
[10] 許良，「科學家的故事，一代物理大師-亥姆霍茲」，科學月刊，1995
[11] DeTroye, David J., and Ronald J. Chase. The calculation and measurement of Helmholtz coil fields. No. ARL-TN-35. ARMY RESEARCH LAB ADELPHI MD, 1994.
[12] Frix, William M., George G. Karady, and Brian A. Venetz. "Comparison of calibration systems for magnetic field measurement equipment." IEEE Transactions on Power Delivery 9.1 (1994): 100-108.
[13] 電流的磁場，URL：http://phyedu.suda.edu.cn/phyol/article/chap12/12-4/12-4.htm
[14] 劉立業，「ESEMS太空氣象儀器酬載」，國立中央大學機械工程研究所博士論文，民國101年
[15] IGRF，URL：https://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/igrf.html
[16] KRISTIANSEN, R. (2000). Attitude Control of a Microsatellite, Master’s thesis. Department of Engineering Cybernetics, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway.
[17] 吳世驊，「皮米級衛星姿態控制次系統之設計與實現」，國立成功大學電機工程研究所碩士論文，民國95年
[18] Datum Transformations of GPS Positions，URL：https://microem.ru/files/2012/08/GPS.G1-X-00006.pdf
[19] Human Space Flight (HSF) - Realtime Data - NASA，URL：https://spaceflight.nasa.gov/realdata/sightings/SSapplications/Post/JavaSSOP/SSOP_Help/tle_def.html
[20] 李愷倫，「皮米衛星姿態判定與控制次系統之設計與測試」，國立成功大學航太太空工程研究所碩士論文，民國93年
[21] Satellite-Orbit-Simulation，URL：https://github.com/deedy/Satellite-Orbit-Simulation/blob/master/OrbAnalysis9.m
[22] 許盈皓，「ESEMS太空氣象科學酬載叢集」，國立中央大學光機電工程研究所碩士論文，民國97年
[23] Systems Tool Kit ，URL：https://www.agi.com/products/engineering-tools
[24] 蔡聖傑，「立方衛星雙貯電電源系統之開發及研究」，國立中央大學光機電工程研究所碩士論文，民國105年
[25] 四元?應用-轉矩陣、Slerp插值與萬向節，URL：https://zhuanlan.zhihu.com/p/28189289
[26] 四元?插值与均值，URL：http://www.cnblogs.com/21207-iHome/p/6952004.html
[27] Quaternion的插值分析及總結，URL：http://www.elangduan.com/2017/08/30/unity@quaternion_interpolation_note/
[28] 四軸-姿態解算，URL：http://blog.sina.com.cn/s/blog_81f1e26801016ub2.html
[29] 捷聯慣導算法心得，URL：https://www.amobbs.com/thread-5492189-1-1.html

指導教授

葉則亮(Tse-Liang Yeh)

審核日期

2018-7-23

推文