[發明專利]一種納衛星磁力矩器空間溫度補償姿態控制方法

有效

• 申請號: 201710138699.1
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN107054697B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 劉勇;李毅蘭;楊家男;馮乾;潘泉
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24;B64G1/10
• 代理公司: 陜西增瑞律師事務所 61219
• 代理人: 張瑞琪

1.一種納衛星磁力矩器空間溫度補償姿態控制方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟一、分別建立本體系和軌道坐標系；

步驟二、在消旋過程中，獲取納衛星姿態參數和磁力矩器參數，并通過獲取的納衛星姿態參數和磁力矩器參數建立基于溫度補償的消旋控制律；

步驟二通過以下方法具體實現：

步驟2.1、在消旋過程時，通過陀螺儀測得本體系相對于軌道坐標系的三軸角速度在本體系下的實時投影為其中，為本體系內x軸方向上的角速度，為本體系內的y軸方向上的角速度，為本體系內z軸方向上的角速度；

步驟2.2、通過磁強計測得納衛星在本體系內的三軸磁場強度其中，為納衛星在本體系內x軸方向上的磁場強度，為納衛星在本體系內的y軸方向上的磁場強度，為納衛星在本體系內的z軸方向上的磁場強度；

步驟2.3、將步驟2.1中得到的本體系相對于軌道坐標系的三軸角速度在本體系下的實時投影、步驟2.2中得到的三軸磁場強度并結合測得的磁力矩器實時電流，在B-dot算法的基礎上，建立基于溫度補償的消旋控制律：

其中，M¹為磁力矩器理論輸出的消旋磁矩，K為正定增益矩陣，為本體系中的磁場變化率，K_t為正定溫度增益矩陣，I(T)為本體系中磁力矩器的三軸電流，N為磁力矩器線圈的匝數，A為由磁力矩器各個線圈形成的形狀的平均面積；

步驟三、在捕獲過程中，獲取納衛星參數、磁力矩器參數且通過進行優化處理，建立基于溫度補償的姿態捕獲控制律；

步驟四、通過步驟二建立的基于溫度補償的消旋控制律和步驟三建立的基于溫度補償的姿態捕獲控制律對磁力矩器進行控制，以控制衛星姿態。

2.如權利要求1所述的納衛星磁力矩器空間溫度補償姿態控制方法，其特征在于，步驟一中建立本體系和軌道坐標系的方法具體為：

以納衛星的質心為坐標原點，納衛星星體的三個慣量軸分別為x軸、y軸、z軸建立本體系；

以納衛星的質心為坐標原點，以納衛星繞其軌道的飛行方向為x軸，以納衛星軌道面法向的負方向為y軸，以x軸和y軸按照右手規則指定z軸，建立軌道坐標系。

3.如權利要求1或2所述的納衛星磁力矩器空間溫度補償姿態控制方法，其特征在于，步驟三通過以下方法具體實現：

步驟3.1、在捕獲過程中，通過陀螺儀測得本體系相對于軌道坐標系的三軸角速度在本體系下的實時投影為其中，為本體系內x軸方向上的角速度，為本體系內的y軸方向上的角速度，為本體系內z軸方向上的角速度；

步驟3.2、通過磁強計測得納衛星在本體系內的三軸磁場強度其中，為納衛星在本體系內x軸方向上的磁場強度，為納衛星在本體系內的y軸方向上的磁場強度，為納衛星在本體系內的z軸方向上的磁場強度；

步驟3.3、通過太陽敏感器測得納衛星在本體系中的三軸太陽矢量其中，為納衛星在本體系中x軸的太陽矢量，為納衛星在本體系中y軸的太陽矢量，為納衛星在本體系中z軸的太陽矢量；

步驟3.4、將步驟3.2中得到的三軸磁場強度和步驟3.3中得到的三軸太陽矢量，通過姿態確定算法，得出納衛星捕獲時的歐拉角ε和本體系下的角速度其中，為本體系內x軸方向上的角速度，為本體系內的y軸方向上的角速度，為本體系內z軸方向上的角速度；

步驟3.5、將步驟3.4得到的角速度和步驟3.1中得到的納衛星在本體系內的三軸角速度進行融合處理，得出計算后的納衛星在本體系中的角速度其中，為處理后本體系內x軸方向上的角速度，為處理后本體系內的y軸方向上的角速度，為處理后本體系內z軸方向上的角速度；

步驟3.6、將步驟3.5得到的計算后的納衛星在本體系中的角速度步驟3.4得到的歐拉角ε、步驟3.2得到的三軸磁場強度和測得的磁力矩器的實時電流，在PID算法的基礎上，建立基于溫度補償的捕獲控制律：

其中，M²為磁力矩器理論輸出的捕獲磁矩，H為角速度控制律，B^b'為磁力矩器在本體系中的三軸磁場強度，α為歐拉角控制律，ε為歐拉角，ε×表示ε的斜對稱陣，K_t為正定溫度增益矩陣，I(T)為本體系中磁力矩器的三軸電流，N為磁力矩器線圈的匝數，A為由磁力矩器各個線圈形成的形狀的平均面積。