[發明專利]一種基于角動量信息重復使用的衛星姿態控制方法

有效

• 申請號: 201811517443.2
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109625330B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 李利亮;劉川;牛睿;李圣文;翟興輝
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24;B64G1/28;B64G1/36
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 劉琰;賈慧琴

本發明公開了一種基于角動量信息重復使用的衛星姿態控制方法，該方法包含：步驟1、在星載軟件的每個控制周期內，計算磁卸載力矩T_mpre與角動量相關項的差值，并對該差值進行積分累加得到累加值h_Ipre；步驟2、設置合適的采樣時間間隔t_m，在采樣間隔點，將當前時刻指令角動量H_c以及步驟1得到的累加值h_Ipre相加后作為存儲量u_hpre進行存儲；步驟3、在姿態敏感器失效時刻，計算失效時刻角動量h_c(t_fail)與上一周期相應時刻存儲量u_hpre(t_fail?T_orbit)的差值C₁；步驟4、計算姿態敏感器失效后每個控制周期的指令角動量H_c。本發明的方法能夠確定衛星姿態敏感器失效情況下的指令角動量，以完成衛星的姿態控制，其原理清晰，算法簡單，星載軟件容易實現。

技術領域

本發明涉及一種衛星姿態控制方法，具體涉及一種基于角動量信息重復使用的衛星姿態控制方法。

背景技術

零動量衛星三軸對地定向時通常根據實時獲取的姿態信息完成閉環控制，而常用的姿態敏感器主要包括：星姿態敏感器和陀螺，姿態基準通常首選星姿態敏感器測量的姿態角，備份為陀螺測量的角速度信息進行積分得到的陀螺積分角。但是，目前衛星上陀螺的配置逐漸不能滿足低軌衛星長壽命的設計要求，而星姿態敏感器容易發生故障，因此為了提高系統可靠度，系統設計時需要考慮在不能獲取星姿態敏感器及陀螺信息時的衛星姿態控制問題。

根據國內外已發表的相關文獻可知，目前在降級模式下，即無姿態測量信息時，衛星姿態控制的方法有：

(1)根據控制力矩、干擾力矩、整星慣量等已知信息，利用衛星動力學方程對衛星的姿態信息進行遞推，將遞推得到的姿態角當做測量信息傳遞給控制器，從而實現衛星姿態的控制；

(2)利用基于二階卡爾曼濾波、最小二乘等算法在軌辨識干擾力矩，之后進行干擾力矩前饋補償，再結合飛輪角動量、磁卸載力矩等已知信息解算出控制力矩，從而實現衛星姿態的控制。

但是，上述方法均存在一定的局限性，比如動力學遞推的方法需要獲取較多的信息，遞推誤差受姿態信息初值、控制力矩、整星慣量、干擾力矩等多因素影響，而且隨著時間的推移，遞推誤差將越來越大；另一種方案中，盡管輸入變量以及控制算法相對于動力學遞推較為簡潔，但干擾力矩的在軌辨識算法較為復雜，對星載軟件的運行時間有明顯的影響，同時算法容易存在誤差，特別是干擾力矩中的長周期項。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于角動量信息重復使用的衛星姿態控制方法，該方法解決了現有方法復雜的問題，其原理清晰，算法簡單，星載軟件容易實現。

為了達到上述目的，本發明提供了一種基于角動量信息重復使用的衛星姿態控制方法，該方法包含：

步驟1、在星載軟件的每個控制周期內，計算磁卸載力矩T_mpre與角動量相關項的差值，并對該差值進行積分累加得到累加值h_Ipre，如下公式(1)：

式(1)中，為正常情況下慣性坐標系相對于衛星本體坐標系的速度在衛星本體坐標系下的投影，h_cpre為姿態敏感器正常情況下當前節拍飛輪角動量；

步驟2、設置合適的采樣時間間隔t_m，在采樣間隔點，將當前時刻指令角動量H_c以及步驟1得到的累加值h_Ipre相加后作為存儲量u_hpre進行存儲，如下公式(2)：

u_hpre＝H_c+h_Ipre (2)；