[發(fā)明專利]一種基于動量輪控制的全姿態(tài)捕獲方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310037484.2
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103092209A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁軍;王新民;徐福祥;柯旗;張俊玲;何英姿;田科豐;周劍敏;趙性頌;程莉;魏懿
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05B13/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

1.一種基于動量輪控制的全姿態(tài)捕獲方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）速率阻尼

根據(jù)陀螺測量數(shù)據(jù)預(yù)估姿態(tài)和角速度，動量輪作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用PD控制律，將衛(wèi)星角速度阻尼到所確定的閾值；

（2）恒星捕獲

速率阻尼完成一定時間后，所述一定時間指大于星敏感器全天區(qū)捕獲時間指標(biāo)，判斷星敏感器數(shù)據(jù)，如果星敏感器沒有識別出有效恒星，則轉(zhuǎn)動星體一定角度以改變搜索天區(qū)，再判斷星敏感器數(shù)據(jù)，直至完成恒星捕獲，獲得初始姿態(tài)，此過程動量輪作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用PD控制律；所述一定角度是指至少大于2倍星敏感器視場范圍；

（3）姿態(tài)更新和星本體地磁強(qiáng)度計算

恒星捕獲完成后，如果星敏感器數(shù)據(jù)有效，則根據(jù)雙矢量幾何定姿原理，由星敏感器數(shù)據(jù)直接更新衛(wèi)星姿態(tài)；如果星敏感器數(shù)據(jù)無效，則根據(jù)陀螺測量數(shù)據(jù)預(yù)估姿態(tài)；根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)和軌道，采用地磁強(qiáng)度擬合算法計算航天器本體地磁強(qiáng)度；

（4）太陽搜索和太陽定向姿態(tài)確定

根據(jù)太陽信息進(jìn)行太陽搜索和太陽定向的姿態(tài)確定；

（5）目標(biāo)捕獲姿態(tài)確定

根據(jù)空間捕獲目標(biāo)、姿態(tài)和軌道信息，確定星體相對目標(biāo)的姿態(tài)和角速度；

（6）輪控調(diào)姿和磁力矩器卸載。

采用動量輪作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成太陽定向或目標(biāo)捕獲，采用PD控制律；通過角度限幅，限制星體轉(zhuǎn)動角速度，避免動量輪飽和；利用星敏感器獲得有效初始姿態(tài)后，采用磁力矩器進(jìn)行動量輪卸載，提高動量輪吸收角動量的能力；在地磁強(qiáng)度和角動量偏差矢量的夾角在45-135度范圍內(nèi)，角動量偏差至少大于2倍動量輪角動量測量誤差，進(jìn)行磁卸載。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動量輪控制的全姿態(tài)捕獲方法，其特征在于：所述步驟（1）中閾值取0.1~0.3度/秒，在星敏感器的全天區(qū)捕獲功能對星體角速度大小要求的80%內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動量輪控制的全姿態(tài)捕獲方法，其特征在于：所述步驟（4）中太陽信息的獲取有兩種途徑：一是根據(jù)星上太陽敏感器確定太陽方位；二是根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)、軌道和太陽星歷確定太陽方位。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動量輪控制的全姿態(tài)捕獲方法，其特征在于：所述步驟（2）中PD控制律的選取要考慮輪控作用后，動量輪不超過允許的角動量范圍并有10%的余量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動量輪控制的全姿態(tài)捕獲方法，其特征在于：所述步驟（6）中PD控制律的選取要考慮兩種情況：一要盡量確保星體角速度在一定范圍內(nèi)，以利于星敏感器工作于跟蹤模式；二是輪控作用后，動量輪不超過允許的角動量范圍并有10%的余量。