2025年大学（航空航天工程）航天器控制原理基础综合测试卷及解析.doc

2025年大学（航空航天工程）航天器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：本卷共6题，每题5分。在每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题后的括号内。
1. 航天器姿态控制系统中，以下哪种控制律常用于克服干扰力矩？（ ）
A. 比例控制律
B. 积分控制律
C. 微分控制律
D. 比例积分微分控制律
2. 关于航天器轨道控制，以下说法错误的是（ ）
A. 轨道控制可改变航天器的轨道参数
B. 推力器工作时间越长，轨道改变越显著
C. 轨道控制主要用于修正轨道偏差
D. 可通过轨道控制实现航天器的交会对接
3. 以下哪个不是航天器姿态敏感器？（ ）
A. 太阳敏感器
B. 速率陀螺
C. 红外地球敏感器
D. 激光高度计
4. 航天器控制系统的可靠性设计中，常用的冗余技术不包括（ ）
A. 硬件冗余
B. 软件冗余
C. 信息冗余
D. 时间冗余
5. 对于航天器的姿态稳定，被动稳定方式的特点是（ ）
A. 无需能源消耗
B. 控制精度高
C. 响应速度快
D. 能适应复杂环境
6. 在航天器控制中，反馈控制的关键在于（ ）
A. 准确测量输出量
B. 合理设计控制器参数
C. 建立精确的数学模型
D. 以上都是

第II卷（非选择题 共70分）
7. （10分）简述航天器姿态动力学的基本方程及其物理意义。
8. （15分）分析比例控制、积分控制和微分控制在航天器姿态控制中的作用及特点。
9. （15分）材料：某航天器在轨道运行过程中，出现轨道高度逐渐下降的情况。已知航天器质量为m，轨道半径为r，地球引力常数为GM。假设轨道下降是由于存在微小的阻力f。
问题：请推导轨道高度下降速率与阻力的关系，并说明如何通过轨道控制来补偿轨道高度下降。
10. （20分）材料：在一次航天器姿态调整任务中，需要将航天器从初始姿态调整到目标姿态。已知航天器的转动惯量为I，初始角速度为ω0，目标角速度为ω1。采用比例控制律u = Kp(ω1 - ω0)，其中Kp为比例系数。
问题：
（1）分析比例控制律的工作原理。
（2）若比例系数Kp过大或过小，对姿态调整会产生什么影响？
11. （20分）材料：某新型航天器采用了先进的分布式控制系统，多个子系统协同工作来实现航天器的稳定运行和任务执行。在一次模拟测试中，发现部分子系统之间的通信出现延迟，影响了整个控制系统的性能。
问题：
（1）分析通信延迟对航天器控制系统的可能影响。
（2）提出至少两种解决通信延迟问题的措施，并说明其原理。

答案：1. B 2. B 3. D 4. B 5. A 6. D 7. 航天器姿态动力学基本方程如欧拉方程等，描述了航天器姿态运动与作用在其上的外力矩之间的关系。物理意义在于揭示姿态变化的规律，为姿态控制提供理论基础。 8. 比例控制能快速响应偏差，使系统快速趋近目标，但存在稳态误差；积分控制可消除稳态误差，但响应速度慢，易产生超调；微分控制能预测偏差变化趋势，加快响应速度，抑制超调。 9. 由轨道能量方程及相关力学关系可推导出轨道高度下降速率与阻力关系。可通过定期启动轨道提升发动机，产生推力来补偿轨道高度下降。 10. （1）比例控制律根据角速度偏差产生控制力矩，偏差越大，控制力矩越大。（Kp过大易导致超调，姿态振荡；Kp过小则响应慢，调整时间长。 11. （1）通信延迟可能导致控制指令下达不及时，姿态调整滞后，影响任务执行精度。（2）措施如增加通信带宽，可提高数据传输速度；采用数据缓存和重传机制，确保重要数据准确传输。