[發明專利]一種可靠太陽帆板自主跟蹤太陽控制方法

有效

• 申請號: 201610081893.6
• 申請日: 2016-02-05
• 公開（公告）號: CN105620794B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 武國強;張銳;林寶軍;熊淑杰;白濤;王昊光;秦貴軍
• 申請（專利權）人: 上海微小衛星工程中心
• 主分類號: B64G1/44
• 分類號: B64G1/44;G05D3/10
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤

本發明揭示了一種可靠帆板自主跟蹤太陽的控制方法。為滿足衛星上能源需求，星上安裝具有一維轉動功能的太陽帆板，通過控制帆板轉動和衛星姿態使得帆板法線指向太陽。本發明無需在帆板上安裝太陽敏感器，也無需利用星上敏感器測量太陽矢量的信息和衛星當前姿態，僅根據太陽模型和衛星軌道完成帆板轉動目標角度計算，然后通過設計合理角度閾值設置不同控制區域，根據劃分控制區域控制帆板按照不同模式工作，通過選擇合理閾值可以減少帆板在不同模式之間切換，避免帆板頻繁停轉對衛星姿態擾動和電機工作壽命的影響。本發明提出的帆板自主跟蹤太陽的方法簡單有效，實現成本低，便于工程實現。

技術領域

本發明屬于航天器控制技術領域，涉及一種簡單可靠的太陽帆板自主跟蹤太陽控制方法。

背景技術

為滿足衛星能源要求，衛星上安裝一維轉動的太陽帆板，衛星通過控制星體轉動和帆板轉動使得帆板法線指向太陽。帆板控制首先需要得到太陽位置和帆板位置之間關系，衛星上通過帆板上安裝模擬太敏可以直接測量得到也可以根據衛星星體上安裝敏感器測量太陽矢量和帆板當前位置得到，但這兩種方法前者帶來衛星硬件設計復雜，后則帶來軟件接口復雜，即需要依賴敏感器測量信息，因此為了簡化衛星設計和軟件接口，設計一種無需敏感器測量信息，僅需要衛星軌道和帆板當前位置進行帆板轉動角度控制方法。

依據衛星工作軌道，帆板驅動控制工作模式包括巡航模式、保持模式、增量模式和自動歸零模式，帆板對日過程中工作在巡航模式，即以固定角速度轉動，但是由于衛星運行實際軌道與理論軌道有偏差，且在軌受攝動影響，帆板以固定角速度轉動在一段時間后會超前或滯后目標角度，導致對日精度差，無法滿足能源需要，因此需要帆板驅動機構切換成增量模式，以快速角速度轉動或切換成保持模式，控制策略設計保證帆板滿足對日精度同時，保證帆板不能頻繁停轉，頻繁停轉不僅對姿態帶來擾動，對電機壽命有影響，因此需要設計一種控制策略，保證帆板在對日跟蹤過程中不頻繁切換模式。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種不依賴敏感器測量信息，僅依據衛星工作模式理論姿態和衛星位置計算帆板轉動目標角，并提供一種合理帆板對日跟蹤控制策略解決帆板頻繁切換模式，提高衛星姿態精度和帆板驅動機構壽命的方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種可靠太陽帆板自主跟蹤太陽控制方法，該方法控制計算流程如圖2所示，具體包含如下步驟：

步驟一、根據衛星軌道系下太陽矢量(通過太陽模型和衛星位置計算得到)，計算帆板需要轉動目標角度。

軌道系太陽矢量為L＝[Sox Soy Soz]^T，根據姿態工作模式可知衛星目標姿態角，利用目標姿態角計算得到衛星本體系太陽矢量S_b。

目標轉角定義為太陽在XOZ面的投影與各SADM零位所指軸向的夾角，順時針方向為正，范圍為[0,2π]，則-Y目標轉角為：

+Y目標轉角為：

上式中，如果則采用上一周期目標角。

步驟二、根據帆板當前轉動位置和絕對位置，計算帆板轉動角度偏差，通過歸一化判斷，找到帆板轉動最小路徑。

計算帆板轉動的目標轉角，計算兩側帆板的轉角(包括大小和方向)：q＝目標轉角Ф-絕對轉角，根據兩側帆板轉角得到帆板轉動方向和轉動角度大小，計算方法：

(1)分別計算兩側帆板的轉動方向：

-Y側：絕對轉角≤180°，0°≤q≤180°：方向a＝0(正)，否則a＝1(反)；

+Y側：絕對轉角>180°，-180°≤q≤0°：方向a＝1，否則a＝0；

(2)分別計算兩側轉角大小：