[發(fā)明專利]用于小型衛(wèi)星的快速轉(zhuǎn)動和安置系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680038863.5
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號: CN107850900A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林承英;謝默斯·圖伊;丹尼爾·迪奧納;勞倫特·杜謝恩;路易斯·布雷杰
• 申請（專利權(quán)）人: 查爾斯斯塔克德雷珀實驗室有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11219
• 代理人: 張偉峰,夏凱

1.一種用于衛(wèi)星的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，所述衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)包括：

四個混合控制力矩陀螺儀，所述四個混合控制力矩陀螺儀布置成椎體配置，每個混合控制力矩陀螺儀包括控制力矩陀螺儀致動器和反作用輪致動器；以及

重定向控制器，所述重定向控制器用于使用路徑和端點約束的時間最優(yōu)控制將所述衛(wèi)星從初始狀態(tài)通過期望的轉(zhuǎn)動和安置機動重定向到期望最終狀態(tài)，所述重定向控制器被配置成基于所述初始狀態(tài)、所述期望最終狀態(tài)、和預(yù)定的路徑和端點約束的集合來確定常平架角速率矢量的集合，并且基于所述常平架角速率矢量的集合為所述混合控制力矩陀螺儀產(chǎn)生重定向命令，其中所述預(yù)定的路徑和端點約束的集合被選擇以避免發(fā)生控制力矩陀螺儀致動器奇點和反作用輪致動器奇點，并且確保所述混合控制力矩陀螺儀將以能夠通過使用所述反作用輪致動器執(zhí)行所述安置機動的配置來完成轉(zhuǎn)動機動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，其中，每個混合控制力矩陀螺儀k的所述常平架角受端點約束的約束：

C_LE≤|sin(δ_k(t_f))|≥C_UE

其中，C_LE是下界，C_UE是上界。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，其中，在所述轉(zhuǎn)動機動結(jié)束時的所述常平架角被限制在10度與20度之間，并且其中，C_LE＝sin(10°)，并且C_UE＝sin(20°)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，其中，所述重定向控制器包括：

PEC-TOC控制問題公式化器，所述PEC-TOC控制問題公式化器被配置成基于所述初始狀態(tài)、所述期望最終狀態(tài)、和所述預(yù)定的路徑和端點約束的集合來公式化控制問題；

PEC-TOC控制問題求解器，所述PEC-TOC控制問題求解器被配置成對公式化的控制問題進行求解以確定所述常平架角速率矢量的集合；以及

轉(zhuǎn)向控制器，所述轉(zhuǎn)向控制器被配置成基于所述常平架角速率矢量的集合來產(chǎn)生所述重定向命令。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，其中，所述PEC-TOC控制問題求解器包括嵌入式優(yōu)化器，所述嵌入式優(yōu)化器被配置成使用以下中的一個作為所述初始狀態(tài)：

來自先前控制問題解的最終狀態(tài)信息；

具有相似開始和結(jié)束條件的先前轉(zhuǎn)動分布；或者

來自包含預(yù)先計算出的初始化狀態(tài)的集合的查找表的信息。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，其中，所述重定向控制器進一步被配置成：確定用于控制所述反作用輪致動器的飛輪旋轉(zhuǎn)速率以便在不使用外部致動器的情況下在轉(zhuǎn)動期間執(zhí)行動量管理的反作用輪角速率矢量的集合，并且基于所述常平架角速率矢量的集合和所述反作用輪角速率矢量的集合來產(chǎn)生所述重定向命令。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，其中，每個混合控制力矩陀螺儀k的所述飛輪加速度被公式化為對期望的最終飛輪旋轉(zhuǎn)速率的約束，并且被建模為：

Ω·=1τRW(uRW-Ω)]]>

其中，τ_RW是所述反作用輪致動器的馬達時間常數(shù)，并且u_RW是所述反作用輪致動器的加速度。