2025年大學（航空航天工程）航天器姿態(tài)控制原理基礎綜合測試卷及解析

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本大題共10小題，每小題3分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1.航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)中，以下哪種傳感器常用于測量角速度？A.陀螺儀B.加速度計C.磁強計D.太陽敏感器2.姿態(tài)運動學主要研究的是A.航天器姿態(tài)的運動方程B.姿態(tài)控制律的設計C.姿態(tài)測量方法D.干擾力矩的影響3.對于剛體航天器，其姿態(tài)描述方法不包括A.歐拉角B.四元數(shù)C.方向余弦矩陣D.傅里葉變換4.姿態(tài)控制力矩的產(chǎn)生方式不包括A.噴氣控制B.飛輪控制C.重力梯度穩(wěn)定D.光學成像5.以下哪種姿態(tài)控制方式屬于被動控制？A.自旋穩(wěn)定B.比例微分控制C.模糊控制D.自適應控制6.在姿態(tài)控制系統(tǒng)設計中，考慮干擾力矩主要是為了A.增加系統(tǒng)復雜性B.提高系統(tǒng)精度C.降低系統(tǒng)成本D.簡化系統(tǒng)結構7.姿態(tài)敏感器的精度直接影響A.姿態(tài)控制的穩(wěn)定性B.航天器的軌道高度C.推進劑的消耗D.通信鏈路質量8.對于三軸穩(wěn)定航天器，其姿態(tài)控制的目標是A.保持特定姿態(tài)不變B.使姿態(tài)不斷變化C.僅控制俯仰姿態(tài)D.僅控制偏航姿態(tài)9.姿態(tài)控制算法的優(yōu)化主要是為了A.減少計算量B.增加控制力矩C.提高控制精度D.降低硬件成本10.航天器姿態(tài)控制原理中，反饋控制的核心是A.測量姿態(tài)偏差B.計算控制力矩C.執(zhí)行控制動作D.以上都是第II卷（非選擇題共70分）11.（10分）簡述航天器姿態(tài)運動學的基本方程及其物理意義。12.（總共2題，每題10分，答題要求）（1）說明姿態(tài)敏感器的分類及各自的工作原理。（2）舉例說明幾種常見姿態(tài)敏感器在航天器中的應用場景。13.（15分）闡述姿態(tài)控制律設計的基本原則和常用方法。14.（15分）材料：某航天器在執(zhí)行任務過程中，受到了周期性的干擾力矩作用，姿態(tài)出現(xiàn)了一定程度的偏差。已知該航天器采用噴氣控制方式進行姿態(tài)調整，其姿態(tài)控制系統(tǒng)包括姿態(tài)敏感器、控制器和噴氣執(zhí)行機構。問題：請分析該航天器姿態(tài)偏差產(chǎn)生的原因，并提出一種可行的姿態(tài)控制方案來糾正偏差。15.（20分）材料：隨著航天技術的不斷發(fā)展，對航天器姿態(tài)控制的精度要求越來越高。傳統(tǒng)的姿態(tài)控制方法在面對復雜任務和高精度要求時，逐漸暴露出一些局限性。新型的姿態(tài)控制技術不斷涌現(xiàn)，如基于人工智能的控制方法等。問題：（1）分析傳統(tǒng)姿態(tài)控制方法的局限性。（2）闡述基于人工智能的姿態(tài)控制方法的優(yōu)勢和潛在應用場景。答案：1.A2.A3.D4.D5.A6.B7.A8.A9.C10.D11.航天器姿態(tài)運動學基本方程包括歐拉運動學方程等。其物理意義在于描述航天器姿態(tài)隨時間的變化規(guī)律，通過這些方程可以分析姿態(tài)運動的特性，如角速度、角加速度與姿態(tài)變化的關系等，為姿態(tài)控制提供理論基礎。12.姿態(tài)敏感器分類：慣性敏感器（如陀螺儀測量角速度）、磁敏感器（利用磁場測量姿態(tài)）、光學敏感器（通過光學原理測量姿態(tài)）等。工作原理：陀螺儀利用角動量守恒測量角速度；磁敏感器基于地磁場等測量姿態(tài)；光學敏感器利用光學成像等確定姿態(tài)。應用場景：陀螺儀用于精確測量航天器姿態(tài)變化率；太陽敏感器用于確定航天器相對于太陽的姿態(tài)等。13.基本原則：穩(wěn)定性、快速性、準確性等。常用方法：比例控制、比例微分控制、比例積分微分控制等，根據(jù)系統(tǒng)特性選擇合適方法來設計控制律，以實現(xiàn)良好的姿態(tài)控制效果。14.姿態(tài)偏差原因：周期性干擾力矩破壞了姿態(tài)平衡。控制方案：利用姿態(tài)敏感器實時測量姿態(tài)偏差，將偏差信號傳至控制器，控制器根據(jù)控制律計算噴氣控制力矩，通過噴氣執(zhí)行機構調整姿態(tài)，采用比例積分微分控制律提高控制精度。15.（1）傳統(tǒng)方法局限性：對復雜干擾適應