多伦多大学学生与空间飞行实验室工程师合作设计和模拟纳米卫星控制系统
纳米卫星的重量通常不到10磅(4.5公斤)，比传统卫星轻100多倍，生产成本约为传统卫星的1%。为了满足尺寸和预算的限制，大多数纳米卫星要么没有姿态控制系统，要么只有基本的系统，这使得它们不适合需要精确定向的应用。
多伦多大学航空航天研究所(UTIAS)空间飞行实验室(SFL)的研究生和工程师设计、分析和模拟精确控制轨道上纳米卫星的姿态控制系统，包括加拿大先进纳米空间实验2号(CanX-2)和CanX-6。
MathWorks工具是SFL控制系统设计过程中不可或缺的一部分。它们还能使研究生获得现实空间任务的实际经验。
“我们依靠这些产品来构建传感器、执行2022世界杯八强谁会赢？器和卫星质量特性的高保真模型;开发控制算法;并模拟整个控制系统来预测性能，”太空飞行实验室主任罗伯特·齐博士说。“我们的纳米卫星是世界上首批可以保持在1度以内的精确方向的卫星之一。有了这种精度水平，这些卫星可以用于真正的地球观测和天文任务。”
挑战
由于重力和气流的影响，不可能在实验室中完全测试精确的姿态控制系统，SFL必须依靠模拟来预测在轨性能。
为了培养空间系统工程方面的研究生，上海空间工程学院需要学生已经知道或可以很快学会的开发工具。工具需要促进工程团队之间的合作，并使学生获得实践经验，他们可以利用在他们的职业生涯。
解决方案
SFL的研究生和空间系统工程师使用MathWorks工具来设计、模拟和构建CanX-2和其他纳米卫星的姿态控制系统。
在上海外国语大学工作之前，这些研究生完成了Zee教授的微卫星设计I和II课程，其中他们使用了MATLAB®和仿真软件®建立一个初步设计的卫星系统。
在Simulink中，SFL团队建模了用于确定纳米卫星位置和方向的传感器，包括太阳传感器、磁力计、恒星跟踪器和GPS接收器。他们还模拟了用于控制卫星的部件，包括反作用轮、冷气体推进系统和磁转器。分量模型反映了卫星的实际界面和采样周期。
SFL使用MATLAB和控制系统工具箱™开发姿态控制系统的控制算法。他们使用Simulink将传感器、执行器和控制器模型与卫星质量模型结合起来，然后对系统进行模拟，以评估其在零重力环境下的性能。
“航空航天工具箱”使研究小组能够估计大气阻力，并对脱离轨道的情况进行再入分析。
SFL使用一个热室来测试在太空中遇到的温度范围内的电子元件。他们使用数据采集工具箱™收集测试数据，在MATLAB中进行分析。利用MATLAB软件对电力系统进行建模，并对纳米卫星电池的瞬态功率状态进行分析。
该团队正在使用MATLAB分析从CanX-2和CanX-6下载的遥测数据，这两颗卫星目前已进入轨道。
目前，SFL正在研究CanX-4和CanX-5两颗纳米卫星，它们将在近地轨道上演示精确的自主编队飞行，以及CanX-3，一组由4颗纳米卫星组成的卫星将用于空间天文学。
结果
学生们为成功的工程生涯做准备．“在SFL项目中使用MATLAB和Simulink为我们的学生提供了宝贵的实际空间系统工程经验，”Zee说。“我们的毕业生以能力强而闻名，其中许多人在航天行业或其他技术领域获得了很好的职业生涯。”
达到或超过控制要求．“CanX-2的表现非常好，精确地指向1度以内，”Zee说。“CanX-3被设计为稳定在1/60度以内，这在纳米卫星中是前所未有的。如果没有MATLAB和Simulink，这种控制水平是不可能实现的。”
与其他专家和大学的合作扩大了．Zee说:“当我们与多伦多大学的其他教授一起研究各种算法时，能够分享MATLAB模型是一个很大的好处。”“我们还与加拿大的其他大学合作，通过MATLAB和Simulink说一种通用语言真的很有帮助。”
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