[發明專利]新型低成本衛星三軸姿態分時解耦高復用噴氣控制方法

有效

• 申請號: 201810620311.6
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN109018442B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 洪振強;宋效正;邊志強
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: B64G1/26
• 分類號: B64G1/26
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

1.一種新型低成本衛星三軸姿態分時解耦高復用噴氣控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：通過對4臺推力器進行布局設計，實現在低成本簡易配置條件下，衛星具備三軸控制力矩輸出能力；

步驟2：建立從三軸指令控制力矩至4臺推力器脈沖寬度的力矩分配脈寬調制算法，將指令力矩轉化為具體的噴氣脈沖；

步驟3：在4臺推力器輸出三軸控制力矩存在高復用強耦合的條件下，建立分時三軸分時解耦噴氣控制算法，實現三軸的解耦控制；

所述步驟2中根據三軸控制推力器組合、推力器在衛星機械坐標系下的安裝位置和安裝角信息以及衛星質心在機械坐標系的位置建立繞衛星三軸的指令力矩和控制力矩平衡方程；具體的：

設T_+x為繞X軸正向力矩，T_-x為繞X軸負向力矩，T_+y為繞Y軸正向力矩，T_-y為繞Y軸負向力矩，T_+z為繞Z軸正向力矩，T_-z為繞Z軸負向力矩，F_A1、F_A2、F_A3、F_A4為推力器A1～A4的推力矢量，L_A1、L_A2、L_A3、L_A4為推力器A1～A4相對衛星質心的位置矢量，則有三軸正反控制力矩如下：

根據指令控制力矩，逐個進行力矩解算：

①當收到指令力矩時，推力器A4工作，產生繞+Xb的控制力矩，同時將產生繞-Yb的干擾力矩，需通過A2、A3同時工作將其抵消，即

其中，L_{Ai_j}表示第i臺推力器位置矢量的j向分量；由于A2、A3推力相等，可得

②當收到指令力矩時，推力器A1工作，產生繞-Xb的控制力矩，同時將產生繞-Yb的干擾力矩，需通過A2、A3同時工作抵消，即

由于A2、A3推力相等，可得

③當收到指令力矩時，推力器A2、A3工作，產生繞+Yb的控制力矩，即

由于A2、A3推力相等，可得

④當收到指令力矩時，推力器A1、A4工作，產生繞-Yb的控制力矩，即

由于A1、A4推力相等，可得

⑤當收到指令力矩時，推力器A3、A1、A4工作，A3產生繞+Zb的控制力矩，同時產生繞+Xb、+Yb的干擾力矩，此時需要A1工作抵消繞+Xb的干擾力矩，A1、A4同時工作抵消繞+Yb的干擾力矩，即

其中，表示推力器A1為抵消+Xb向干擾力矩而產生的推力，表示推力器A1為抵消+Yb向干擾力矩而產生的推力，表示推力器A4為抵消+Yb向干擾力矩而產生的推力，解方程，可得

從而可得

⑥當收到指令力矩時，推力器A2、A1、A4工作，A2產生繞-Zb的控制力矩，同時產生繞-Xb、+Yb的干擾力矩，此時需要A4工作抵消繞-Xb的干擾力矩，A1、A4同時工作抵消繞+Yb的干擾力矩，即

其中，表示推力器A4為抵消-Xb向干擾力矩而產生的推力，表示推力器A1為抵消+Yb向干擾力矩而產生的推力，表示推力器A4為抵消+Yb向干擾力矩而產生的推力，解方程，可得

從而可得

2.根據權利要求1所述的新型低成本衛星三軸姿態分時解耦高復用噴氣控制方法，其特征在于，所述步驟1中4臺推力器根據推力器羽流影響區域最小及對星載光學視場無干涉設計約束，進行高復用噴氣控制布局設計，保證衛星具備三軸控制力矩輸出能力，給出三軸控制推力器組合和推力器在衛星機械坐標系下的安裝位置和安裝角。