1、
2025年大学（航空航天工程）航天器控制原理综合测试卷及解析
（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。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案填涂在答题纸上。
1. 航天器姿态控制系统中，常用的姿态测量敏感器不包括以下哪种？
A. 陀螺
B. 星敏感器
C. 加速度计
D. 磁强计
2. 以下关于航天器轨道控制的说法，错误的是？
A. 轨道控制可改变航天器的轨道形状
B. 轨道控制能调整航天器的轨道高度
C. 轨道控
2、制主要通过改变航天器的质量来实现
D. 轨道控制可使航天器进入预定轨道
3. 航天器控制系统中，反馈控制的核心是？
A. 控制器
B. 传感器
C. 执行机构
D. 被控对象
4. 对于航天器的姿态稳定，哪种控制方式具有较强的抗干扰能力？
A. 开环控制
B. 比例控制
C. 积分控制
D. 微分控制
5. 航天器动力系统中，化学推进剂的主要作用是？
A. 提供姿态调整的动力
B. 产生轨道转移的推力
C. 维持航天器的温度
D. 作为能源储备
6. 以下哪种不是航天器控制系统的常见故障类型？
A. 传感器故障
B. 控制器故障
C. 推
3、进剂泄漏故障
D. 轨道计算错误故障
第II卷（非选择题 共70分）
答题要求：请将答案写在答题纸上，要求书写规范、字迹清晰。
7. （10分）简述航天器姿态控制系统的组成及各部分的作用。
8. （15分）在航天器轨道控制中，如何根据轨道偏差调整航天器的速度？请详细说明原理。
9. （15分）分析比例-积分-微分（PID）控制器在航天器控制系统中的应用特点及优势。
10. （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。已知其姿态控制系统采用了陀螺作为姿态测量敏感器，通过喷气执行机构进行姿态调整。
问题：请分析可能导致姿态偏差的原因，并提
4、出相应的解决措施。
11. （20分）材料：某航天器需要从当前轨道转移到更高的轨道。已知其轨道控制主要依靠发动机产生推力。
问题：请设计一个轨道转移方案，包括所需的推力大小、方向以及推进时间等参数，并说明设计依据。
答案：
1. C
2. C
3. A
4. C
5. B
6. D
7. 航天器姿态控制系统主要由姿态测量敏感器、控制器、执行机构和被控对象组成。姿态测量敏感器用于测量航天器的姿态信息，如陀螺测量角速度、星敏感器测量相对于恒星的姿态等；控制器根据测量信息进行计算和决策，产生控制指令；执行机构根据控制指令产生控制力矩，如喷气发动机产生推力来调整姿态；被
5、控对象就是航天器本体，在控制作用下改变姿态。
8. 根据轨道偏差调整航天器速度可利用轨道动力学原理。当轨道高度降低时，说明速度过大，需减速，可通过发动机反向喷气产生与速度方向相反的推力来实现。当轨道高度升高时，说明速度过小，需加速，发动机正向喷气增加速度。依据能量守恒和角动量守恒定律，改变速度可调整轨道能量和角动量，从而实现轨道调整。
9. PID控制器在航天器控制系统中，比例环节能快速响应偏差，使系统迅速向目标姿态靠近；积分环节可消除稳态误差，保证最终精确到达目标姿态；微分环节能根据偏差变化率提前动作，增强系统的稳定性和响应速度。优势在于控制精度高、响应速度快、能有效抑制干扰，可
6、较好地实现航天器姿态的稳定控制。
10. 可能原因：陀螺测量误差，导致反馈信息不准确；喷气执行机构故障，推力产生异常；外界干扰力矩影响，如空间环境中的磁场、引力等。解决措施：定期校准陀螺，提高测量精度；检查喷气执行机构，修复或更换故障部件；分析外界干扰情况，采用合适的滤波算法或增加抗干扰措施，如调整控制参数以增强系统抗干扰能力。
11. 首先计算当前轨道和目标轨道的能量差，得出所需增加的能量。根据能量与速度的关系算出速度增量。依据动量定理，推力大小等于速度增量与航天器质量的乘积除以推进时间。方向沿当前轨道切线方向。推进时间根据发动机推力大小和航天器质量确定，以保证能实现稳定的轨道转移。例如，若航天器质量为m，速度增量为Δv，发动机推力为F，则推进时间t = mΔv / F 。
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