[發明專利]一種大慣量轉動部件動不平衡特性在軌估計方法

有效

• 申請號: 201811522693.5
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109632185B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 彭瑞;張子龍;李英波;聶章海;魯啟東;劉斌;譚曉宇;陸丹萍;吳偉清
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01M1/10
• 分類號: G01M1/10;B64G1/28
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 包姝晴;徐雯瓊

本發明公開一種利用陀螺測量信息進行的衛星大慣量轉動部件動不平衡特性在軌估計方法，根據衛星三軸姿態角速度遙測，擬合出三軸慣性角速度正弦函數表達式；計算出衛星三軸慣性角加速度；計算出衛星剛體力矩；計算出太陽電池陣撓性力矩；得出衛星受到的干擾力矩；根據衛星干擾力矩擬合出轉動部件的動不平衡幅值和相位。本發明通過陀螺測量信息進行一系列分析計算，求解出動不平衡的幅值與相位，計算結果對轉動部件及控制系統的設計改進具有現實意義。

技術領域

本發明涉及一種利用陀螺測量信息進行衛星大慣量轉動部件的動不平衡特性在軌估計方法。

背景技術

某型號衛星裝載大慣量轉動部件，在軌應用時繞衛星本體Z軸一直處于勻速轉動狀態，其轉動產生的角動量由姿軌控分系統長期補償，因此轉動部件的動不平衡特性直接影響衛星姿態穩定度指標。

在地面試驗過程中，一般會對轉動部件的動不平衡特性進行單機層面的識別，然后反饋給控制系統進行角動量補償設計與試驗驗證。但地面試驗結果與實際在軌情況可能存在差異，主要原因如下：

1)單機層面進行的試驗僅考慮轉動部件自身的特性，而實際該衛星還裝有單翼太陽電池陣、撓性明顯且低頻振型與轉動部件轉動方向相同，這兩者對衛星姿態穩定度可能具有疊加影響；

2)在軌真空環境下，該轉動部件長期處于太陽光直射下，材料的熱效應可能導致其質心產生偏移，從而影響其轉動特性；

3)某些地面未識別原因影響到轉動部件的轉動特性。

發明內容

本發明提供一種利用陀螺測量信息的大慣量轉動部件動不平衡特性在軌估計方法，根據衛星撓性模型和轉動部件動不平衡模型，再根據在軌陀螺測量信息，進行轉動部件動不平衡特性的估計。

本發明通過以下的技術方案實現轉動部件動不平衡特性的在軌估計：

(1)根據衛星三軸姿態角速度遙測(陀螺測量數據)，擬合出三軸慣性角速度正弦函數表達式，計算出衛星三軸慣性角加速度，從而計算出衛星剛體力矩其中，I是衛星相對全星質心慣量陣；ω是衛星中心體的角速度列陣；h_w是動量輪角動量；

(2)由太陽陣撓性振動方程，解微分方程從而計算出模態坐標及二階導數，然后計算出太陽電池陣撓性力矩B_rotb為本體坐標系下太陽陣振動對全星轉動的柔性耦合系數陣；

(3)得出衛星受到的干擾力矩M＝M_rigid+M_flexi；

(4)根據衛星干擾力矩擬合出動不平衡幅值和相位。

其中，ω_s為轉動部件角速度，ω_st為當前轉動部件轉動的角度，β為轉動部件動不平衡相位，I₂為動不平衡度量。

針對現有技術存在的狀況，在衛星在軌飛行階段，本發明提出了一種利用陀螺測量信息對轉動部件在軌真實動不平衡特性進行估計的方法，本發明的估計結果對轉動部件的設計改進等具有現實意義。

附圖說明

圖1是本發明所述利用陀螺測量信息的大慣量轉動部件動不平衡特性在軌估計方法的流程圖。

具體實施方式

本發明提供一種利用陀螺測量信息的大慣量轉動部件動不平衡特性在軌估計方法，根據衛星撓性模型和轉動部件動不平衡模型，再根據在軌陀螺測量信息，進行轉動部件動不平衡特性的估計。

(1)衛星撓性模型

衛星在軌太陽電池陣展開后，衛星的動力學包括星體的轉動和太陽電池陣彈性振動，姿態控制時的星體姿態動力學模型為：