[發(fā)明專利]錐形布局電推進衛(wèi)星故障模式位置保持最優(yōu)推力分配方法

有效

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• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107891997B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬雪;石恒;胡少春;韓冬;湯亮;劉瀟翔;陳守磊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;B64G1/24;B64G1/40;B64G1/52
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

本發(fā)明提供了錐形布局電推進衛(wèi)星故障模式位置保持最優(yōu)推力分配方法，該方法采用解析法進行錐形布局故障模式下的電推力器位置保持控制分配。首先，根據(jù)發(fā)生故障的推力器選取用于位置保持控制的一對未出現(xiàn)故障的推力器；之后，獲取該推力器對的兩種不同的分配方式，并進行選取；最后，通過改變電推力器開機時刻進行陰影區(qū)規(guī)避。本發(fā)明采用完全解析的方式，解決了故障模式電推進位置保持推力器分配問題，使燃料消耗達到最優(yōu)，同時降低軌道周期內(nèi)的推力器開機次數(shù)，為實現(xiàn)靜止軌道衛(wèi)星的故障模式電推進位置保持提供一種有效的推力器分配方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電推進位置保持控制推力器分配方法，主要在電推力器為錐形布局的地球靜止軌道衛(wèi)星上使用，用于在某一推力器故障情況下的位置保持控制推力分配，屬于衛(wèi)星姿態(tài)與軌道控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

用于進行地球同步軌道位置保持控制的電推進衛(wèi)星，電推力器的安裝構(gòu)型采用的是錐形布局方式，四臺推力器成對對稱斜裝在背地板四邊。此種推力器配置方式冗余較少。當(dāng)四臺推力器均能正常工作時，通過四臺推力器在一個軌道周期內(nèi)相繼噴氣，產(chǎn)生靜止軌道南北、東西位置保持所需的控制力。而當(dāng)某一臺電推力器發(fā)生故障時，電推進衛(wèi)星進入故障模式，僅依靠未發(fā)生故障的兩臺對角線上電推力器進行位置保持和角動量卸載。故障模式下的位置保持燃料消耗、單臺推力器的開機次數(shù)要明顯多于正常模式。因此，需要對故障模式下的電推力器點火分配方式進行設(shè)計。

現(xiàn)有的故障模式點火分配方式依靠兩臺正常的對角線上推力器在每個軌道周期內(nèi)各點火兩次實現(xiàn)位置保持控制。在衛(wèi)星到達赤經(jīng)90°附近時，北向推力器NW或NE點火；衛(wèi)星到達赤經(jīng)270°附近時，南向推力器SE或SW點火；此外，兩臺推力器還在除此之外的某一中間位置，相繼點火。依靠四次點火的排列組合，同時使衛(wèi)星的星下點地理經(jīng)度和緯度維持在任務(wù)要求的“死區(qū)”內(nèi)。該方法雖然簡單直觀，但當(dāng)應(yīng)用于星上時，具有以下不足之處：①該種分配方式未考慮燃料消耗最優(yōu)問題，存在多余的燃料消耗；②該種分配方式同一臺推力器每軌需要開啟兩次，是正常模式的二倍，可能影響到推力器的壽命。因此，需要設(shè)計出一種兼顧考慮燃料消耗和推力器開機次數(shù)的更加優(yōu)化的電推進故障模式位置保持推力分配方法，延長故障模式下靜止軌道電推進衛(wèi)星壽命，增加可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了錐形布局電推進衛(wèi)星故障模式位置保持最優(yōu)推力分配方法，采用完全解析的方法計算三次開機時刻和速度增量，使燃料消耗達到最優(yōu)，滿足靜止軌道衛(wèi)星的故障模式電推進位置保持任務(wù)需求。

本發(fā)明包括如下技術(shù)方案：錐形布局電推進衛(wèi)星故障模式位置保持最優(yōu)推力分配方法，所述錐形布局電推進衛(wèi)星包括四臺電推力器，四臺電推力器成對對稱斜裝在衛(wèi)星背地板西北、東北、西南、東南四角，分別記為NW、NE、SW、SE，該方法在一個軌道周期之內(nèi)執(zhí)行如下步驟：

(1)、根據(jù)發(fā)生故障的推力器，選用位置保持推力器對組合，所述位置保持推力器對組合有兩種：NW和SE組合、NE和SW組合；

(2)、獲取位置保持傾角控制向量(di_x、di_y)，計算位置保持方向角度系數(shù)κ；

(3)、根據(jù)四臺推力器安裝方向單位矢量在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下的徑向、橫向、法向絕對值e_r、e_t、e_n和地球自轉(zhuǎn)角速度ω_E、靜止軌道標(biāo)稱速度V_s，計算四臺推力器的故障模式位置保持控制系數(shù)；

(4)、根據(jù)位置保持方向角度系數(shù)κ和推力器的故障模式位置保持控制系數(shù)，分別計算所選取的推力器對組合采用北向兩次、南向一次開機和南向兩次、北向一次開機兩種推力分配方式的三次開機時刻衛(wèi)星平赤經(jīng)及其速度增量；

(5)、選擇三次開機的速度增量均為正數(shù)且燃料消耗較少的分配方式作為最優(yōu)分配方式；