[發(fā)明專利]衛(wèi)星執(zhí)行機構(gòu)在線重構(gòu)的半物理平臺以及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410058500.0
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103869700B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 成婧;姜斌;程月華;夏青;田靜
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 許方

1.衛(wèi)星執(zhí)行機構(gòu)在線重構(gòu)的半物理平臺，其特征在于包括：

遙控計算機，通過交換機發(fā)送目標控制信號至星載控制計算機；

模型仿真計算機，采集執(zhí)行機構(gòu)的轉(zhuǎn)速信號，解算出作用在衛(wèi)星本體上的控制力矩，然后根據(jù)建立的衛(wèi)星動力學模型、運動學模型得出衛(wèi)星姿態(tài)角和角速度的理論值，接著將根據(jù)姿態(tài)傳感器模型得到的傳感器姿態(tài)測量值發(fā)送給星載控制計算機；

星載控制計算機裝有VxWorks操作系統(tǒng)，根據(jù)姿態(tài)測量值確定衛(wèi)星姿態(tài)角以及角速度，根據(jù)控制目標解算控制律得到目標控制信號，再解算分配律得到執(zhí)行機構(gòu)的實際控制信號，執(zhí)行機構(gòu)在實際控制信號的作用下產(chǎn)生姿態(tài)控制力矩，衛(wèi)星姿態(tài)角以及角速度通過交換機傳輸至遙測計算機；

遙測計算機，用于實時動態(tài)顯示衛(wèi)星姿態(tài)角、角速度以及執(zhí)行機構(gòu)的實際控制信號等。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星執(zhí)行機構(gòu)在線重構(gòu)的半物理平臺，其特征在于：使用Visual?Studio軟件設計遙控計算機界面，使用Visual?Studio軟件和Satellite?Tool?Kit軟件聯(lián)合設計遙測計算機界面。

3.衛(wèi)星執(zhí)行機構(gòu)在線重構(gòu)的控制方法，其特征在于：利用如權(quán)利要求1或2所述的衛(wèi)星執(zhí)行機構(gòu)在線重構(gòu)的半物理平臺得到衛(wèi)星姿態(tài)重構(gòu)控制方案，具體包括如下步驟：

步驟A，在飛輪正常工作時，利用擬PD控制率u=K_Pα+K_Dω+ω′Jω得出飛輪的實際控制信號u，其中，α、ω為衛(wèi)星的姿態(tài)角和角速率，K_P和K_D為比例和微分系數(shù)，J為衛(wèi)星轉(zhuǎn)動慣量；

步驟B，在衛(wèi)星某一軸飛輪出現(xiàn)故障且有同一軸備份飛輪時，切換備份飛輪替代故障飛輪，利用擬PD控制率u=K_Pα+K_Dω+ω′Jω得出備份飛輪實際控制信號u；

步驟C，在衛(wèi)星某一軸飛輪出現(xiàn)故障，沒有同軸備份飛輪但有冗余配置的飛輪時，解算控制律、分配律得到故障下各飛輪實際控制信號：

步驟C-1，根據(jù)控制目標使用擬PD控制律ν=K_Pα+K_Dω+ω′Jω得到目標控制信號ν，ν為控制力矩，

步驟C-2，由飛輪安裝矩陣C得到目標控制信號ν與實際控制信號u的關(guān)系式：ν=Cu，

步驟C-3，由飛輪失效矩陣E，確定控制效率矩陣C_f：C_f=CE，結(jié)合目標控制信號ν與實際控制信號u的關(guān)系式，考慮能量最優(yōu)使用偽逆法進行控制分配，得到分配律表達式：，u_f為飛輪實際控制量在故障情況下的偽逆形式；

步驟C-4，考慮飛輪實際輸出力矩約束問題，采用基于零空間方法的分配修正方案，對偽逆法得到的初始分配結(jié)果進行修正，得到實際控制信號；

步驟D，在衛(wèi)星某一軸飛輪出現(xiàn)故障，沒有同軸備份飛輪但衛(wèi)星三個慣量主軸上裝有磁力矩器時，解算控制律、分配律得到其它有效飛輪和磁力矩器的實際控制信號：

步驟D-1，根據(jù)控制目標使用擬PD控制律ν=K_Pα+K_Dω+ω′Jω得到目標控制信號v，

步驟D-2，根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)故障情況，將目標控制信號ν分解為有效飛輪提供的控制量M_W和磁力矩器提供的控制量M_M：ν=M_W+M_M；

步驟D-3，根據(jù)磁力矩器工作原理和地磁場模型得到磁力矩器提供的控制量M_M，再由步驟D-2的表達式確定有效執(zhí)行機構(gòu)提供的控制量M_W。