[發明專利]一種空間遙感掃描成像系統小慣量自消旋控制方法和系統

有效

• 申請號: 201810073335.4
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108303884B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 遲冬南;王慶穎;徐麗娜;賈慧麗;張秀茜;凌龍;吳南
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

1.一種空間遙感掃描成像系統小慣量自消旋控制方法，其特征在于步驟如下：

1)規劃消旋系統的運動曲線；

2)優化消旋系統的轉動慣量；

3)設定時間對準器，獲得與掃描成像系統同一時刻的消旋系統角位置

4)設定誤差補償器輸出T_se；

5)以消旋系統轉動慣量最小化為目標，規劃消旋系統運動曲線，利用時間對準器校準的消旋系統角位置為控制輸入，引入誤差補償輸出T_se，對整個掃描成像系統進行消旋控制；

所述步驟2)的具體優化方法為：設掃描成像系統慣量J_s和變速段運動曲線θ_s，配置消旋系統的轉動慣量J_e和變速段運動曲線θ_e，使得滿足消旋系統轉動慣量最小化的要求；

所述步驟3)中設定時間對準器的具體方法為：

31)預置掃描成像系統角位置指令和消旋系統角位置

32)以掃描成像系統角位置指令為基準，反推對應的時刻

33)根據實際軟硬件設計方案，估計反推時間Δt_e，所述Δt_e小于控制周期，與掃描成像系統角位置指令對應時刻進行加權，獲得準確的反推時間為

34)根據步驟1)獲得的運動曲線，提取t_a時刻的消旋系統角位置指令

2.根據權利要求1所述的一種空間遙感掃描成像系統小慣量自消旋控制方法，其特征在于：所述步驟1)的具體規劃方法為：

以掃描成像系統的轉動慣量和運動曲線為依據，配置消旋系統轉動慣量和運動曲線，消旋系統的運動曲線分為線性段和變速段，消旋系統線性段為勻速運動形式，變速段采用正弦加減速曲線運動形式。

3.根據權利要求1-2任一所述的一種空間遙感掃描成像系統小慣量自消旋控制方法，其特征在于：所述步驟4)誤差補償器輸出T_se的具體公式為：

式中，t表示時刻，σ為消旋系統轉動慣量J_e和掃描成像系統轉動慣量J_s之比，即σ＝J_e/J_s，Δθ_s表示掃描成像系統的實際角位置與角位置指令的誤差，Δθ_e表示消旋系統的實際角位置與角位置指令的誤差，Δθ_se解釋表示掃描成像系統實際角位置誤差Δθ_s與消旋系統實際角位置誤差Δθ_e之間的偏差，表示Δθ_se對時間t求二次導。

4.一種空間遙感掃描成像系統小慣量自消旋控制系統，其特征在于：包括掃描成像系統控制器、掃描成像系統、消旋系統控制器、消旋系統、誤差補償器和時間對準器；

掃描成像系統控制器是用于對掃描成像系統進行運動控制；其輸入為掃描成像系統角位置指令與實際角位置θ_s(t)的誤差Δθ_s，輸出為控制掃描成像系統的控制量，用于驅動掃描成像系統運動；掃描成像系統控制器將采集的實際角位置θ_s(t)反饋到輸入端參與系統閉環控制；

時間對準器用于消除掃描成像系統與消旋系統規劃曲線之間的時間誤差導致的位置偏差，輸入為掃描成像系統的角位置指令輸出為與掃描成像系統同步時刻的消旋系統角位置指令

消旋系統控制器是用于消旋系統的運動控制，輸入為時間對準器獲得的消旋系統角位置指令與實際角位置θ_e(t)的誤差Δθ_e，輸出為控制消旋系統的控制量，用于驅動消旋系統運動；消旋系統控制器將采集的實際角位置θ_e(t)反饋到輸入端參與系統閉環控制；

誤差補償器用于檢測掃描成像系統位置誤差和消旋系統位置誤差的偏差，以此偏差作為基準，對消旋系統進行力矩補償，輸入為掃描成像系統角位置誤差Δθ_s與消旋系統角位置誤差Δθ_e之間的偏差Δθ_se，輸出為對消旋系統的誤差補償器輸出T_se，與消旋系統控制器輸出量共同作用，驅動消旋系統運動。