[發明專利]一種基于不同型譜單框架控制力矩陀螺的陀螺群構型設計方法

有效

• 申請號: 201810631162.3
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108958273B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 劉培玲;王皓;崔華;宋效正;邊志強;洪振強
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

1.一種基于不同型譜單框架控制力矩陀螺的陀螺群構型設計方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟A：根據總體任務需求，確定衛星質量特性及姿態控制的需求；

步驟B：確定衛星姿態控制所需的執行機構總角動量；

步驟C：確定滿足姿態控制總角動量需求的SGCMG群構型；

步驟D：根據重量約束，選擇替換SGCMG群中的若干SGCMG；

步驟E：分析/仿真替換后SGCMG群的角動量是否滿足姿態控制需求；

在所述步驟C中在根據角動量需求選擇SGCMG群構型時，需要考慮SGCMG群的各項靜態性能指標，同時在工程應用中應考慮可靠性和單機冗余設計；

在所述步驟D中需在SGCMG群構型效益影響可接受的前提下，確定替換SGCMG的數量；替換原則為優先替換控制力矩陀螺群中對整個構型的效益影響較小的位置上的控制力矩陀螺；

所述衛星姿態控制主要分為穩態控制和姿態機動控制兩類，其中衛星穩態控制過程對執行機構角動量的要求沒有衛星姿態機動的角動量需求大，因此在選擇執行機構總角動量時應該針對衛星姿態機動模式來分析所需角動量；衛星機動有加速、減速和穩定過程，取最大的機動角速度為0.9ωmax，ωmax為執行機構群能夠提供的最大角速度，0.1ωmax作為設計余量，則：

其中，θJD為姿態機動角度，tr、tf、tm和T分別為衛星加速時間、減速時間、勻速機動時間以及總的機動時間指標，α為陀螺群效益，h為控制力矩陀螺角動量，I為衛星姿態機動軸的慣量，根據上述公式推導得到

在估算執行機構的總角動量時，加減速過程及姿態穩定時間根據經驗值估算；分別取為：加減速時間各為15秒，穩定時間為80秒，則將相關設計輸入帶入上式估算得到

α·h≥107Nms (3)；

所述確定滿足姿態控制總角動量需求的SGCMG群構型：為了使系統具備回避奇異狀態的能力，同時也使執行機構在一部分SGCMG失效的情況下仍能完成三自由度力矩輸出，SGCMG系統必須設計成冗余的，即SGCMG個數必須大于三自由度控制的維數，在根據姿態控制總角動量需求選擇SGCMG群時，至少需要滿足3個條件：①SGCMG群的構型效益滿足(3)；②為了避免陀螺群在控制過程中出現顯性奇異，要求陀螺群工作在可控效益下的角動量球內，即SGCMG群的可控效益需要滿足(3)；③在工程設計中需要考慮執行機構的備份，要求1個或2個SGCMG失效后，執行機構仍能滿足姿態控制要求，即SGCMG群的失效效益需要滿足(3)。

2.如權利要求1所述的一種基于不同型譜單框架控制力矩陀螺的陀螺群構型設計方法，其特征在于：在所述步驟B中根據衛星質量特性及姿態控制的需求確定衛星姿態控制所需的角動量。

3.如權利要求1所述的一種基于不同型譜單框架控制力矩陀螺的陀螺群構型設計方法，其特征在于：在所述步驟E中，為了確保完成SGCMG替換后的SGCMG群滿足衛星的姿態控制需求，可以進行理論分析和數學仿真，確保設計結果滿足任務需求。