仅仰角控制与气球载有效负姿态估计

本文提出了一种基于单轴执行器的气球载有效负姿态估计与偏航率控制框架，灵感来自Taurus实验。Taurus是一款设计用于以约30°/s快速仰角扫描的长期气球仪器，采用电动单轴执行器连接在飞行列车处，而不使用反应轮。我们将吊舱建模为受现实扰动和感知限制下的刚体，并实现了一个多乘法扩展卡尔曼滤波器（MEKF），通过融合惯性和矢量相机测量来估计姿态和陀螺仪偏置。一个简单的PI控制器利用估计的状态来调节偏航率。数值仿真包含典型扰动和测量噪声水平，用于评估闭环控制性能和MEKF在类似飞行条件下的行为。对Taurus吊舱的实验测试验证了仅使用单轴执行器的方法，展示了在现实硬件约束下的稳定高速跟踪。仿真与实验之间的良好一致性表明，简化的刚体模型捕捉了控制器设计和集成估计-控制开发所需的主导动力学。