[發(fā)明專利]新型低成本衛(wèi)星三軸姿態(tài)分時解耦高復(fù)用噴氣控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810620311.6
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN109018442B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 洪振強(qiáng);宋效正;邊志強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海衛(wèi)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(wù)所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發(fā)明公開了一種新型低成本衛(wèi)星三軸姿態(tài)分時解耦高復(fù)用噴氣控制方法，包括如下步驟：通過對4臺推力器進(jìn)行布局設(shè)計，實(shí)現(xiàn)在低成本簡易配置條件下，衛(wèi)星具備三軸控制力矩輸出能力；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(diào)制算法，將指令力矩轉(zhuǎn)化為具體的噴氣脈沖；在4臺推力器輸出三軸控制力矩存在高復(fù)用強(qiáng)耦合的條件下，建立分時三軸分時解耦噴氣控制算法，實(shí)現(xiàn)三軸的解耦控制。本發(fā)明通過4臺推力器布局設(shè)計，建立了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(diào)制算法，提出了分時三軸分時解耦噴氣控制算法，實(shí)現(xiàn)了三軸控制力矩存在高復(fù)用強(qiáng)耦合條件下的三軸的解耦控制，滿足了衛(wèi)星三軸控制力矩輸出能力和低成本姿態(tài)噴氣控制任務(wù)需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間飛行器動力學(xué)與控制技術(shù)，具體地，涉及新型低成本衛(wèi)星三軸姿態(tài)分時解耦高復(fù)用噴氣控制方法。

背景技術(shù)

近年來，各類低成本小衛(wèi)星發(fā)展勢頭迅猛。一般而言，衛(wèi)星在軌的長期控制選用反作用飛輪、動量輪、磁力矩器等作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。但是，該類角動量裝置由于輸出力矩小，控制響應(yīng)較慢。在入軌初期，需通過快速響應(yīng)的噴氣控制系統(tǒng)快速消除分離角速度并完成太陽捕獲，以保證星上能源供給。因此，亟需一種低成本簡易配置的噴氣控制系統(tǒng)用于衛(wèi)星的姿態(tài)控制。通過簡易配置(僅包含4臺推力器)噴氣控制系統(tǒng)的布局設(shè)計，可在保證三軸控制能力的同時，大幅降低衛(wèi)星內(nèi)部管路和閥門等配置數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)壓縮成本的目的。此外，還可以增加衛(wèi)星內(nèi)部可用空間，減小推力器羽流的影響區(qū)域，為衛(wèi)星任務(wù)設(shè)計提供更多的布局資源。提出采用4臺推力器實(shí)現(xiàn)低成本衛(wèi)星三軸姿態(tài)分時解耦高復(fù)用噴氣控制。4臺推力器組成的噴氣控制系統(tǒng)具有三軸控制耦合程度高、對同一推力器的復(fù)用率高等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制算法設(shè)計無法正常輸出控制力矩，而使姿態(tài)發(fā)散。因此，必須設(shè)計合適的解耦控制算法，人為實(shí)現(xiàn)解耦控制，保證在低成本簡易配置條件下，依然能夠可靠完成三軸姿態(tài)控制任務(wù)。

目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容

針對低成本小衛(wèi)星對低成本三軸姿態(tài)噴氣控制系統(tǒng)的需求，本發(fā)明的目的是提供一種新型低成本衛(wèi)星三軸姿態(tài)分時解耦高復(fù)用噴氣控制方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種新型低成本衛(wèi)星三軸姿態(tài)分時解耦高復(fù)用噴氣控制方法，包括：

步驟1：通過對4臺推力器進(jìn)行布局設(shè)計，實(shí)現(xiàn)在低成本簡易配置條件下，衛(wèi)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(diào)制算法，將指令力矩轉(zhuǎn)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(fù)用強(qiáng)耦合的條件下，建立分時三軸分時解耦噴氣控制算法，實(shí)現(xiàn)三軸的解耦控制；

優(yōu)選的，所述步驟1中4臺推力器根據(jù)推力器羽流影響區(qū)域最小及對星載光學(xué)視場無干涉設(shè)計約束，進(jìn)行高復(fù)用噴氣控制布局設(shè)計，保證衛(wèi)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(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的安裝位置和安裝角；4臺1N推力器在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的安裝位置與推力矢量方向如下所示：

其中α、β、γ分別為推力器噴管方向與+X、+Y、+Z軸的方向余弦角。

優(yōu)選的，所述所述步驟2中，根據(jù)三軸控制推力器組合、推力器在衛(wèi)星機(jī)械坐標(biāo)系下的安裝位置和安裝角信息以及衛(wèi)星質(zhì)心在機(jī)械坐標(biāo)系的位置建立繞衛(wèi)星三軸的指令力矩和控制力矩平衡方程；