[發(fā)明專利]非偏置動(dòng)量單飛輪加磁控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310476491.2
• 申請日: 2013-10-12
• 公開（公告）號(hào): CN103523243A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王獻(xiàn)忠;張肖;張國柱
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新躍儀表廠
• 主分類號(hào): B64G1/32
• 分類號(hào): B64G1/32
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星飛輪姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種非偏置動(dòng)量單飛輪加磁控制方法，用于衛(wèi)星在軌長期穩(wěn)定運(yùn)行控制。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的衛(wèi)星在軌長期穩(wěn)態(tài)控制主要有零動(dòng)量和偏置動(dòng)量兩種方式，這兩種輪控方式都存在一定的缺點(diǎn)：零動(dòng)量控制要求至少有3個(gè)飛輪可用；偏置動(dòng)量控制沿俯仰軸安裝的動(dòng)量輪要有較大的角動(dòng)量，動(dòng)量輪重量、體積和功耗一般較大。微小衛(wèi)星對飛輪數(shù)量、重量、體積和功耗有較大限制，非偏置動(dòng)量單飛輪+磁控制算法適用于微小衛(wèi)星控制，同時(shí)也適用于中大型衛(wèi)星飛輪故障控制模式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種非偏置動(dòng)量單飛輪加磁控制方法，該方法系統(tǒng)配置要求簡單，僅依靠單個(gè)飛輪和磁控即可實(shí)現(xiàn)非偏置動(dòng)量衛(wèi)星三軸穩(wěn)定控制。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種非偏置動(dòng)量單飛輪加磁控制方法，包括如下步驟：

步驟1，飛輪沿滾動(dòng)軸安裝，確定滾動(dòng)軸輪控模式及用于磁控的磁場強(qiáng)度：

-當(dāng)滾動(dòng)磁場強(qiáng)度絕對值大于偏航磁場強(qiáng)度絕對值時(shí)，俯仰軸磁力矩器對偏航姿態(tài)進(jìn)行磁控制，飛輪采用角動(dòng)量交換方式對滾動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行控制；或

-當(dāng)滾動(dòng)磁場強(qiáng)度絕對值小于等于偏航磁場強(qiáng)度絕對值時(shí)，偏航姿態(tài)基于陀螺力矩控制，飛輪采用角動(dòng)量交換方式對滾動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行控制；

步驟2，飛輪沿偏航軸安裝，確定偏航軸輪控模式及用于磁控的磁場強(qiáng)度：

-當(dāng)偏航磁場強(qiáng)度絕對值大于滾動(dòng)磁場強(qiáng)度絕對值時(shí)，俯仰軸磁力矩器對滾動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行磁控制，飛輪采用角動(dòng)量交換方式對偏航姿態(tài)進(jìn)行控制；

-當(dāng)偏航磁場強(qiáng)度絕對值小于等于滾動(dòng)磁場強(qiáng)度絕對值時(shí)，滾動(dòng)姿態(tài)基于陀螺力矩控制，飛輪采用角動(dòng)量交換方式對偏航姿態(tài)進(jìn)行控制；

步驟3，飛輪斜裝，確定輪控模式及用于磁控的磁場強(qiáng)度：

根據(jù)滾動(dòng)和偏航磁場強(qiáng)度對滾動(dòng)或偏航進(jìn)行直接動(dòng)量交換控制；

-當(dāng)滾動(dòng)磁場強(qiáng)度絕對值大于偏航磁場強(qiáng)度絕對值時(shí)，偏航姿態(tài)基于陀螺力矩控制，對滾動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行直接動(dòng)量交換控制；

-當(dāng)滾動(dòng)磁場強(qiáng)度絕對值小于等于偏航磁場強(qiáng)度絕對值時(shí)，滾動(dòng)姿態(tài)基于陀螺力矩控制，對偏航姿態(tài)進(jìn)行直接動(dòng)量交換控制；

步驟4，三軸的磁控電流輸出和俯仰軸的飛輪磁卸載融合控制，實(shí)現(xiàn)非偏置動(dòng)量衛(wèi)星三軸穩(wěn)定控制。

優(yōu)選地，所述步驟1具體包括如下步驟：

所述步驟1具體包括如下步驟：

步驟1.1，計(jì)算輪控電壓Vx：

其中，Kp為比例控制參數(shù)、Ki為積分控制參數(shù)、Kd分別為微分控制參數(shù)；為滾動(dòng)軸姿態(tài)角；為滾動(dòng)軸角速率；Vpx為滾動(dòng)軸比例控制電壓值、Vsx_k為俯仰軸積分控制電壓值、Vsx_k-1為俯仰軸上周期積分控制電壓值、Vdx為俯仰軸微分控制電壓值；

所述輪控電壓Vx=Vpx+Vsx+Vdx，其中，Vsx為滾動(dòng)軸積分控制電壓值，同Vsx_k-1

步驟1.2，計(jì)算磁卸載電流：

I_magx=0

I_magy=Bz*dwspdx

I_magz=-By*dwspdx

其中，By、Bz分別為俯仰軸和偏航軸的磁場強(qiáng)度；dwspdx為滾動(dòng)軸飛輪待卸載轉(zhuǎn)速；I_magx、I_magy、I_magz分別為滾動(dòng)軸、俯仰軸和偏航軸的磁卸載電流；

根據(jù)磁場強(qiáng)度的分布，By為一極小值，因此用于滾動(dòng)軸飛輪卸載的主要是俯仰軸俯仰軸磁力矩器，I_magz近似為0；

步驟1.3，確定用于磁控的磁場強(qiáng)度：

若單飛輪為滾動(dòng)軸飛輪，則滾動(dòng)軸姿態(tài)主要由滾動(dòng)軸飛輪進(jìn)行控制，俯仰軸姿態(tài)由滾動(dòng)軸磁力矩器和偏航軸磁力矩器進(jìn)行控制，而偏航軸姿態(tài)由俯仰軸磁力矩器進(jìn)行控制；同時(shí)俯仰軸磁力矩器兼顧滾動(dòng)軸的姿態(tài)控制，并用于滾動(dòng)軸飛輪的卸載：

-若滾動(dòng)軸磁場強(qiáng)度絕對值小于偏航軸磁場強(qiáng)度絕對值，則：

Mag_X=Bz

Mag_Z=Bx

-若滾動(dòng)軸磁場強(qiáng)度絕對值大于等于偏航軸磁場強(qiáng)度絕對值，則：

Mag_X=Bx

Mag_Z=-Bz

其中，Bx為滾動(dòng)軸磁場強(qiáng)度；Mag_X為用于磁控的滾動(dòng)軸磁場強(qiáng)度；Mag_Z為用于磁控的偏航軸磁場強(qiáng)度；

步驟1.4，計(jì)算磁控電流Iconx、Iconz：