[發明專利]發動機工作時干擾力矩實時估計方法

有效

• 申請號: 201710876529.3
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107792396B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 邊志強;董瑤海;沈毅力;栗雙嶺;曾擎;金歷群
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24;G06F17/13
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明公開了一種發動機工作時干擾力矩實時估計方法，其包括下列步驟：步驟一，角速度與推力器計時數據采集，高頻率采集星上角速度，慢傳推力器工作計時、噴氣量數據；步驟二，迭代時間選取，迭代步長表示兩次積分求和的時間間隔，決定了干擾力矩計算時數據輸出頻率；步驟三，積分求和；步驟四，干擾力矩解算，對衛星姿態動力學方程等式兩邊各項分別積分，利用上面步驟中求得的各項積分結果，反解得到干擾力矩。本發明提出的方法簡單，且可實現多用途復用，可在高軌道衛星轉移段變軌過程、深空探測飛行器軌道控制或者其他軌道控制過程使用，也可以在其他航天器中推廣使用。

技術領域

本發明涉及一種干擾力矩實時估計方法，特別是涉及一種發動機工作時干擾力矩實時估計方法。

背景技術

高軌道衛星在轉移軌道段需利用490N發動機進行軌道控制。由于490N發動機自身結構以及在地面調試校準過程中不可能做到完全精準無誤，發動機工作時會產生偏離理論推力方向的推力。如果衛星質心在490N發動機推力矢量方向上，推力不會對姿態控制產生干擾力矩；但是由于490N發動機自身偏斜以及衛星多次變軌過程中燃料消耗引起質心會不斷變化，490N發動機推力不可能始終通過衛星質心，必然會產生干擾力矩，引起用于姿態控制的推力器工作多消耗燃料，甚至衛星姿態失穩。因此對490N發動機工作時干擾力矩估計具有重要意義。

另外，衛星在軌運行期間會受到空間干擾力矩的影響，包括外界環境引起的干擾力矩以及自身轉動部件產生的干擾力矩的影響。為了減小干擾力矩對姿態的影響，一般在地面對干擾力矩進行建模，然后在系統設計時對干擾力矩進行補償。然而由于在軌空間環境、490N發動機實際工作等狀態與地面建模存在差異，造成干擾力矩模型存在一定的誤差和不確定性，這樣對姿態控制精度、干擾力矩補償效果等與理想值有一定誤差。因此，因此通過在軌星上實時數據對干擾力矩進行實時估計是十分必要的。

目前國內外都在對衛星在軌干擾力矩的模型辨識進行研究。但是較多集中在衛星在軌穩態運行階段，對于高軌道衛星、深空探測衛星等大推力發動機在變軌過程干擾力矩估計還沒有發現相關的報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種發動機工作時干擾力矩實時估計方法，其在不增加衛星數據采集前提下，利用衛星的實時角速度和推力器工作計時等數據，估計490N發動機工作時干擾力矩信息，通過引入耦合項積分以及必要的近似假設，保證估計準確性的同時，使過程簡單易行，本發明提出的方法簡單，且可實現多用途復用，可在高軌道衛星轉移段變軌過程、深空探測飛行器軌道控制或者其他軌道控制過程使用，也可以在其他航天器中推廣使用。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種發動機工作時干擾力矩實時估計方法，其包括下列步驟：

步驟一，角速度與推力器計時數據采集，高頻率采集星上角速度，慢傳推力器工作計時、噴氣量數據；

步驟二，迭代時間選取，迭代步長表示兩次積分求和的時間間隔，決定了干擾力矩計算時數據輸出頻率；

步驟三，積分求和；

步驟四，干擾力矩解算，對衛星姿態動力學方程等式兩邊各項分別積分，利用上面步驟中求得的各項積分結果，反解得到干擾力矩。

優選地，所述步驟三包括下列步驟：

步驟五，求取動量矩的積分；

步驟六，求取推力器工作控制力矩積分；

步驟七，求取干擾力矩積分；

步驟八，求取其它坐標軸與本軸的耦合項積分。

優選地，所述步驟三對于動力學中各項分別根據各自特點進行數值積分，動量矩的積分等于積分時長內角動量的變化，推力器工作控制力矩只存在推力器工作時間，因此積分時長中只有一段時間有作用；干擾力矩一直存在，整個積分時長內都由作用，耦合項積分采用每一時刻的數據乘以步長疊加得到。