[發明專利]一種失效衛星的消旋控制方法及系統

在審

• 申請號: 201810814186.2
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN108945526A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 師鵬;黃思明;雷冰瑤;趙育善
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/28
• 分類號: B64G1/28
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種失效衛星的消旋控制方法及系統，其中所述方法包括：基于剛體姿態動力學模型，分析給定外力矩作用下剛體的角速度和轉動動能的變化規律，并確定第一消旋階段的控制策略和第二消旋階段的控制策略；執行所述第一消旋階段的控制策略，并測量目標失效衛星的角速度；若判斷所述角速度分量滿足第一消旋階段的結束條件，則執行所述第二消旋階段的控制策略，直至所述目標失效衛星的角速度滿足所述第二消旋階段的結束條件；其中，所述控制策略用于將控制力矩作用于目標失效衛星的給定慣性主軸以使目標失效衛星的角速度降低至預設閾值。本發明可以保證航天器在控制力矩受限、測量不夠精確的條件下穩定消旋，控制方案簡單，實用性強。

技術領域

本發明涉及空間技術領域，更具體地，涉及一種失效衛星的消旋控制方法及系統。

背景技術

失效衛星一般繞其最大慣性主軸高速自旋，對失控衛星進行消旋可以使其變成變為穩定或低速旋轉目標，失效衛星消旋是一項重要的空間技術，在軌碎片清除、軌目標捕獲等方面具有至關重要的作用。在實際的消旋過程中，由于角速度測量不精確，控制存在延遲等因素，總會存在誤差。這些誤差對于傳統測控系統提出了嚴峻的挑戰。

目前的衛星消旋控制方法包括以下幾種：1)阻尼式消旋控制方法，采用增加目標轉動阻尼或者定時輸入阻尼動力矩的方式，使目標能量耗散速度增加；2)反饋消旋控制方法，以目標角速度與任務要求角速度的偏差為觀測量，將姿態運動方程線性化或者直接使用非線性方程，設計反饋控制率實現目標消旋，包括線性反饋控制方法和非線性反饋控制方法；3)“阻尼+反饋”的消旋控制方案，使用觀測所得目標信息，通過控制器模擬阻尼的作用方式施加外力矩來達到消除目標旋轉的目的。這種消旋控制方法結合了反饋式消旋控制方法中控制過程精確可控的特點和阻尼式消旋控制方法中力矩幅值要求低、穩定性高和省能量的特點。“阻尼+反饋”消旋控制方法的著重點是阻尼的設計，通過推導剛體在受特定外力矩條件下的姿態運動方程，得出合適的外力矩作用規律，使得目標的旋轉得到控制。

普通的阻尼式消旋控制方法中需要執行機構多次或連續接觸目標來實現消旋控制，若執行機構操作失誤會很容易對任務星造成危險；線性反饋控制方法不適合角速度偏差值很大的情況，而非線性反饋控制方法的計算過程復雜，且對測控系統的要求較高；應用“阻尼+反饋”的消旋控制方案中，由于有外力矩作用條件下的剛體姿態動力學方程沒有解析解，導致模擬力矩施加規律需要通過數值方法求解，控制過程復雜，實用性較低。亟需控制過程簡單，對測控系統要求較低的較實用的消旋控制方案。

發明內容

為了克服上述問題或者至少部分地解決上述問題，本發明提供一種失效衛星的消旋控制方法及系統。

根據本發明的一個方面，提供一種失效衛星的消旋控制方法，包括：

基于剛體姿態動力學模型，分析給定外力矩作用下剛體的角速度和轉動動能的變化規律，并根據所述變化規律確定第一消旋階段的控制策略和第二消旋階段的控制策略；

執行所述第一消旋階段的控制策略，并對目標失效衛星在控制力矩作用軸上的角速度分量進行跟蹤；

若判斷所述角速度分量滿足第一消旋階段的結束條件，則執行所述第二消旋階段的控制策略，直至所述目標失效衛星的角速度滿足所述第二消旋階段的結束條件；

其中，所述第一消旋階段的控制策略和第二消旋階段的控制策略用于將控制力矩作用于目標失效衛星的給定慣性主軸以使目標失效衛星的角速度降低至預設閾值。

根據本發明的另一個方面，提供一種失效衛星的消旋控制系統，包括：

控制策略確定模塊，用于基于剛體姿態動力學模型，分析給定外力矩作用下剛體的角速度和轉動動能的變化規律，并根據所述變化規律確定第一消旋階段的控制策略和第二消旋階段的控制策略；

第一執行模塊，用于執行所述第一消旋階段的控制策略，并對目標失效衛星在控制力矩作用軸上的角速度分量進行跟蹤；