[發明專利]一種控制力矩陀螺替代動量輪的衛星穩態控制方法

有效

• 申請號: 201410163314.3
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103950556A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 張春青;雷擁軍;顧斌;劉其睿;蔣志雄;宗紅;瞿涵;綦艷霞;王玉爽;傅秀濤
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: B64G1/28
• 分類號: B64G1/28
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

1.一種控制力矩陀螺替代動量輪的衛星穩態控制方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)針對基于控制力矩陀螺和動量輪混合執行機構的衛星控制系統，當正常工作的動量輪數量為三個時，計算備份控制力矩陀螺高速轉子角動量和動量輪最大角動量的差值絕對值，如果該差值絕對值大于5Nms，則衛星控制系統采用三個動量輪過零使用的控制方式；如果該差值絕對值小于5Nms，則進入步驟(2)；

(2)判斷備份控制力矩陀螺高速轉子角動量矢量與正常工作的三個動量輪中的任意兩個的角動量矢量是否共面，如果共面，則衛星控制系統采用三個動量輪過零使用的控制方式；如果不共面，則進入步驟(3)；

(3)將備份控制力矩陀螺低速框架以1度的步距依次旋轉360度，依據控制力矩陀螺高速轉子角動量矢量與三個動量輪角動量矢量的矢量和為零的約束條件，依次計算得到360組備份控制力矩陀螺低速框架轉角以及該角度下三個動量輪的偏置角動量；

(4)判斷步驟(3)得到的360組數據中是否有某組數據滿足三個動量輪的偏置角動量均處于其最大角動量的1/3至2/3之間，如果360組數據均不滿足上述條件，則衛星控制系統維持三個動量輪過零使用的控制方式；如果360組數據中有一組或幾組數據滿足上述條件，則從滿足上述條件的數據中選擇一組數據作為備份控制力矩陀螺低速框架期望角度以及三個動量輪的標稱偏置角動量，其中當三個動量輪的標稱偏置角動量確定后，其對應的備份控制力矩陀螺低速框架轉角即為控制力矩陀螺低速框架期望角度；

(5)向衛星控制系統上注備份控制力矩陀螺低速框架期望角度，待備份控制力矩陀螺低速框架轉動到位并鎖定之后，上注備份控制力矩陀螺高速轉子加電啟動指令并同時上注三個動量輪的標稱偏置角動量；

(6)當備份控制力矩陀螺高速轉子啟動到額定轉速且當動量輪的角動量達到標稱偏置角動量后，系統進入以備份控制力矩陀螺高速轉子和三個工作在偏置角動量狀態的動量輪組成的零動量控制系統的穩態控制模式，從而實現衛星的高精度穩態控制。

2.根據權利要求1所述的一種控制力矩陀螺替代動量輪的衛星穩態控制方法，其特征在于：所述步驟(3)中計算得到360組備份控制力矩陀螺低速框架轉角以及該角度下三個動量輪的偏置角動量的方式如下：

定義備份控制力矩陀螺低速框架處于零位時低速框架轉角正方向為備份控制力矩陀螺框架坐標系的X_g軸，高速轉子角動量方向為備份控制力矩陀螺框架坐標系的Y_g軸，備份控制力矩陀螺框架坐標系的Z_g軸根據X_g軸、Y_g軸由右手螺旋法則確定；設備份控制力矩陀螺低速框架轉角為α，其中α∈[0°～360°]，備份控制力矩陀螺高速轉子角動量大小為h_G0，則備份控制力矩陀螺高速轉子角動量在備份控制力矩陀螺框架坐標系下的坐標h_G,g滿足

hG,g=hG0·0cosαsinα]]>

則備份控制力矩陀螺高速轉子角動量在衛星本體坐標系的坐標h_G,b表示為

h_G,b＝C_bgh_G,g

其中C_bg為備份控制力矩陀螺框架坐標系到衛星本體坐標系的姿態轉換矩陣，由備份控制力矩陀螺在衛星上的安裝位置決定；

則根據矢量和約束條件能夠計算得到對應備份控制力矩陀螺低速框架轉角為α時三個動量輪的標稱偏置角動量h₁₀、h₂₀和h₃₀為：

h10h20h30=-h1,bh2,bh3,b-1·hG,b]]>

其中h_1,b、h_2,b和h_3,b表示三個動量輪角動量在衛星本體坐標系的坐標，由動量輪的安裝位置決定。