[發(fā)明專利]基于時(shí)間配比的衛(wèi)星三軸控制力矩解耦的實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410706026.8
• 申請(qǐng)日: 2014-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104590587A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿云海;易濤;陳雪芹;曾奎;李冬柏;王峰;葉東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B64G1/24
• 分類號(hào): B64G1/24
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳昕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在衛(wèi)星姿態(tài)控制領(lǐng)域，常采用飛輪、磁力矩器、推進(jìn)器作為衛(wèi)星姿態(tài)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，推進(jìn)器具有控制力矩大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，可作為大型衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定以及小衛(wèi)星快速機(jī)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。相比其他兩種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用推進(jìn)器進(jìn)行姿態(tài)控制時(shí)，衛(wèi)星姿態(tài)控制精度往往較低，而且若推進(jìn)器布局存在耦合，采用推進(jìn)器對(duì)衛(wèi)星單軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)時(shí)極易引起其他軸姿態(tài)變化，更加降低了衛(wèi)星姿態(tài)控制的精度。因此，實(shí)際應(yīng)用中，大型衛(wèi)星上常采用推進(jìn)器進(jìn)行姿態(tài)控制，小衛(wèi)星往往因?yàn)閷?duì)控制精度要求較高而極少僅使用推進(jìn)器進(jìn)行姿態(tài)控制。

為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星三軸姿態(tài)解耦控制，一般需要配置至少12臺(tái)推進(jìn)器。但是，受衛(wèi)星成本、結(jié)構(gòu)、重量等因素的限制，衛(wèi)星上往往無(wú)法部署足夠多的推進(jìn)器。此外，在衛(wèi)星實(shí)際運(yùn)行時(shí)，推進(jìn)器故障也是不容忽視的，如何在故障情況下提供解耦的三軸控制力矩也成為姿態(tài)控制所必須解決的問(wèn)題。因此，有必要設(shè)計(jì)一種適當(dāng)?shù)姆椒橥七M(jìn)器布局存在耦合的衛(wèi)星提供三軸解耦的控制力矩，從而保證衛(wèi)星的姿態(tài)控制精度。合理的推進(jìn)器布局及力矩解耦方法使得將推進(jìn)器廣泛應(yīng)用到小衛(wèi)星姿態(tài)快速機(jī)動(dòng)成為可能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決衛(wèi)星推進(jìn)器布局存在耦合或推進(jìn)器故障而無(wú)法提供三軸解耦控制力矩的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于時(shí)間配比的衛(wèi)星三軸控制力矩解耦的實(shí)現(xiàn)方法。

本發(fā)明的基于時(shí)間配比的衛(wèi)星三軸控制力矩解耦的實(shí)現(xiàn)方法，

所述方法包括如下步驟：

步驟一、根據(jù)實(shí)際推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置，求得各個(gè)推進(jìn)器的控制力矩T_j，

T_j＝R_j×F_j，R_j為第j個(gè)推進(jìn)器安裝位置矢量，F(xiàn)_j為第j個(gè)推進(jìn)器輸出推力；

步驟二、根據(jù)時(shí)間配比方法，引入推進(jìn)器控制力矩的工作時(shí)間系數(shù)，并通過(guò)步驟一獲得的各個(gè)推進(jìn)器的控制力矩與不同時(shí)間系數(shù)的組合得到能實(shí)現(xiàn)控制力矩三軸解耦的所有可行方案：

V＝{A₁,A₂,…,A_l,…}；

A_l＝(α_l1?α_l2?…?α_lj?…)^T；

TL=TAl=ΣjαljTj;]]>

T＝(T₁?T₂?…?T_j…)；

其中，V為實(shí)現(xiàn)控制力矩三軸解耦所有可行方案的集合；A_l為第l個(gè)可行方案，用各個(gè)推進(jìn)器工作時(shí)間向量表示；T_L為第l個(gè)可行方案的合力矩，T_L方向應(yīng)與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系某一主軸平行，且滿足||T_L||＝1；α_lj為可行方案l的第j個(gè)推進(jìn)器的工作時(shí)間系數(shù)，均為非負(fù)值；

步驟三、根據(jù)步驟二確定的各個(gè)可行方案的燃料用于姿態(tài)控制的效率η_l，確定三軸正負(fù)向控制力矩所采用可行方案的優(yōu)先級(jí)，效率η_l越高，對(duì)應(yīng)的可行方案優(yōu)先級(jí)越高；

步驟四、根據(jù)實(shí)際控制信號(hào)U_c和步驟三中確定的優(yōu)先級(jí)最高的可行方案，確定推進(jìn)器工作時(shí)間向量。

步驟三中，各個(gè)可行方案的燃料用于姿態(tài)控制的效率η_l為：