[發(fā)明專利]一種MEMS固體微推進器的微納衛(wèi)星姿軌一體化控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810872905.6
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN108958277A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫沖;袁建平;馬衛(wèi)華;任鐘靖;張博
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 張弘

1.一種MEMS固體微推進器的微納衛(wèi)星姿軌一體化控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)微納衛(wèi)星相對運動建模：根據(jù)多個微納衛(wèi)星編隊特點，以及對地觀測和星間故障檢測任務(wù)，分析軌道任務(wù)約束；

2)微納衛(wèi)星軌道姿態(tài)一體化控制：按照姿態(tài)和軌道一體化控制要求，依據(jù)微納衛(wèi)星運動特點，采用圓形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的固體微推進器合力作用通過衛(wèi)星質(zhì)心方向進行軌道姿態(tài)一體化控制；

3)建立微納衛(wèi)星推進器動力學(xué)模型，并分析微推進器的點火順序優(yōu)化模型；

4)建立固體微推進器的點火程序：根據(jù)0-1整數(shù)規(guī)劃方法，建立固體微推進器的點火程序。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS固體微推進器的微納衛(wèi)星姿軌一體化控制方法，其特征在于，步驟1)中，對地觀測任務(wù)為：由兩顆子星和一顆主星組成的側(cè)擺構(gòu)型，兩顆子星在主星軌道的前后做來回的等幅振蕩運動；在振蕩的同時，子星的對地相機能夠擺動。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS固體微推進器的微納衛(wèi)星姿軌一體化控制方法，其特征在于，步驟1)中，星間故障檢測任務(wù)為：由四顆子星和一顆主星構(gòu)成的橢圓形編隊，四顆子星圍繞在主星附近，成橢圓形分布，并且圍繞著主星轉(zhuǎn)動；在轉(zhuǎn)動的過程中，子星所帶的相機一面始終指向主星。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS固體微推進器的微納衛(wèi)星姿軌一體化控制方法，其特征在于，步驟2)中，圓形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的固體微推進器結(jié)構(gòu)具體為：將微推力器以圓周形排列在微納衛(wèi)星表面上，使得微推力器的點火孔稱圓形分布，圓周陣列的圓心與微納衛(wèi)星的面心重合，排列規(guī)則為：從最小的圓周開始，按照圓周半徑增大順序排列。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MEMS固體微推進器的微納衛(wèi)星姿軌一體化控制方法，其特征在于，步驟3)中，微納衛(wèi)星推進器動力學(xué)模型包括：

推力模型：

設(shè)定MEMS微推進器的點火時間為Δt，單位點火孔的點火推力為F，點火孔數(shù)目為n，微納衛(wèi)星的速度質(zhì)量為M，則微納衛(wèi)星得到的速度增量為Δv，即：

n*FΔt＝MΔv

微推進器點火孔對稱點火，使得合力通過衛(wèi)星的質(zhì)心；

力矩模型：

設(shè)定MEMS微推進器的點火時間為Δt，圓形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的微推進器第i圈的n個點火孔點火的推力為F，力臂為Jε，微納衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動慣量為J，轉(zhuǎn)動角加速度為ε，轉(zhuǎn)動角速度為ω，則有如下式子成立：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MEMS固體微推進器的微納衛(wèi)星姿軌一體化控制方法，其特征在于，步驟4)中，點火程序具體為：

分布在微推進器上的點火孔對稱點火時，均產(chǎn)生過質(zhì)心的推力，為軌道機動提供推力；當(dāng)其非對稱點火時，會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，為姿態(tài)機動提供力矩；當(dāng)需要姿態(tài)機動的時候，減少點火孔的使用數(shù)量；采用0-1整數(shù)規(guī)劃方法建立點火的時序，確定目標(biāo)函數(shù)為：

成本函數(shù)為：u_i(r_i)＝(1/r_i)

約束條件為：

其中，δ_i＝1,or,2F₀為單位點火孔的推力，r_i為點火孔的中心到質(zhì)心的距離，即點火產(chǎn)生的力的力臂N為可用點火孔的個數(shù)。