一种基于PD控制律的姿态控制IP核的卫星姿态控制力矩计算系统

摘要

一种基于PD控制律的姿态控制IP核的卫星姿态控制力矩计算系统，涉及航天电子领域。本发明的目的是提供一种计算速度快、可重用性高的基于PD控制律的姿态控制IP核，以及采用该IP核的卫星姿态控制力矩计算系统。所述IP核采用FPGA外部输入时钟作为计算时钟，采用减法器将输入的参考姿态角θc与当前姿态角参数做差后输出给乘法器，该乘法器将该数据与比例系数KP相乘获得一个乘积；采用乘法器将姿态角速度ω与P微分系数KD相乘，获得的结果与前面的乘积采用减法器做差获得姿态力矩。本发明的控制力矩计算系统采用上述IP核实现力矩运算。本发明所述的IP核比现有采用软件方法的计算速度至少提高了5倍，且具有很好的可重复利用性。

主权项

一种基于PD控制律的姿态控制IP核的卫星姿态控制力矩计算系统，其特征在于，该系统包括：处理器核（21），用于通过外部数据总线读取用于计算姿态控制力矩所需的数据，所述数据包括参考姿态角θc、卫星当前姿态角θ和角速度，并将所述数据写入数据获取寄存器；还用于通过片内总线从数据输出寄存器中读取姿态控制力矩数据并输出给外部数据总线；数据获取寄存器单元（22），用于存储用于计算姿态控制力矩的参数信息，所属参数信息为32位浮点数格式；数据类型转换单元（23），用于读取数据获取寄存器中的32位浮点数格式的参数信息，并将所述32位浮点数格式的参数转换成定点数格式的数据；还用于将姿态控制计算单元（24）发送的定点数格式的姿态控制力矩参数转换为32位浮点数格式，并将转换后的数据存储至数据输出寄存器；数据输出寄存器单元（25），用于存储数据类型转换单元（23）发送的32位浮点数格式的姿态控制力矩参数；姿态控制计算单元（24）包括基于PD控制律的姿态控制IP核，该姿态控制计算单元（24）用于从数据类型转换单元（23）中读取计算需要的定点数格式的数据，并将所述数据发送给基于PD控制律的姿态控制IP核，还用于将所述基于PD控制律的姿态控制IP核输出的姿态控制力矩参数发送给数据类型转换单元（23）；所述姿态控制IP核包括两个减法器和两个乘法器，该姿态控制IP核采用FPGA外部输入时钟作为计算时钟；其中，第一减法器（11）的正输入端输入的参考姿态角θc，该第一减法器（11）的负输入端输入当前姿态角参数，该第一减法器（11）的输出端输出数据给第一乘法器（12），该第一乘法器（12）将该数据与PD控制算法中比例系数KP相乘之后输出乘积结果数据给第二减法器（13）的正输入端；第二乘法器（14）将输入的姿态角速度ω参数与PD控制算法中的微分系数KD相乘之后输出乘积结果给第二减法器（13）的负输入端，该第二减法器（13）输出结果即为控制力矩参数。