[發明專利]基于飛輪構型的衛星高精度遞階飽和姿態控制方法和系統

有效

• 申請號: 201811612363.5
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109649690B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 劉川;李利亮;鄭夢興;蔡陳生;陳敏花
• 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
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

本發明公開了一種基于飛輪構型的衛星高精度遞階飽和姿態控制方法和系統，該方法包括：根據控制請求和/或飛輪健康狀態信息，選擇飛輪組合；獲取飛輪組合信息及衛星的姿態信息；根據飛輪組合信息及衛星的姿態信息，解算得到三軸指令力矩；根據所選擇的飛輪組合，將所述三軸指令力矩分解至各個飛輪，作為各飛輪的飛輪指令力矩；對各飛輪的飛輪指令力矩進行積分，得到各飛輪的飛輪指令角動量；并對得到的各飛輪的飛輪指令角動量進行等比例限幅；根據等比例限幅后的飛輪指令角動量，對衛星進行高精度遞階飽和姿態控制。本發明利用星敏感器提供的姿態角信息進行衛星姿態的高精度控制，適用于不同飛輪組合的情況。

技術領域

本發明屬于衛星姿態控制技術領域，尤其涉及一種基于飛輪構型的衛星高 精度遞階飽和姿態控制方法和系統。

背景技術

一般的零動量衛星姿態控制系統中，需要同時用到星敏感器提供的姿態角 度信息及陀螺提供的姿態角速度信息。但是對于長壽命的衛星而言，陀螺壽命 仍是其短板所在，因而在長期在軌運行過程中陀螺一般處于斷電狀態，僅當任 務需要或系統出現故障需要用到陀螺信息時再自主給陀螺加電，稱為冷備份。 星敏感器提供高精度的姿態測量信息，在長期穩定工況下，可僅使用星敏信息 進行三軸控制。

在控制算法方面，在傳統PID控制的原理上考慮飛輪的實際約束(力矩飽 和角動量飽和)形成遞階飽和控制率，該方法簡單直觀，物理意義明確，易于 工程實現。但該方法一般按軸進行力矩和角動量限幅，適用于3正裝飛輪的情 況，在斜裝飛輪組合或者多飛輪組合時由于軸間耦合只能將軸向最大力矩和角 動量按最小包絡計算，限制了飛輪的能力。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種基于飛輪構型的 衛星高精度遞階飽和姿態控制方法和系統，利用星敏感器提供的姿態角信息進 行衛星姿態的高精度控制，適用于不同飛輪組合的情況。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種基于飛輪構型的衛星高精度遞 階飽和姿態控制方法，包括：

根據控制請求和/或飛輪健康狀態信息，選擇飛輪組合；

獲取飛輪組合信息及衛星的姿態信息；

根據飛輪組合信息及衛星的姿態信息，解算得到三軸指令力矩；

根據所選擇的飛輪組合，將所述三軸指令力矩分解至各個飛輪，作為各飛 輪的飛輪指令力矩；

對各飛輪的飛輪指令力矩進行積分，得到各飛輪的飛輪指令角動量；并對 得到的各飛輪的飛輪指令角動量進行等比例限幅；

根據等比例限幅后的飛輪指令角動量，對衛星進行高精度遞階飽和姿態控 制。

優選的，根據飛輪組合信息及衛星的姿態信息，解算得到三軸指令力矩， 包括：

根據飛輪組合信息，解算得到三軸的PI+校正力矩；

根據衛星的姿態信息、飛輪角動量信息和磁場信息，解算得到解耦力矩和 磁前饋力矩；

將PI+校正力矩與解耦力矩和磁前饋力矩進行疊加，將疊加結果作為總的 三軸指令力矩。

優選的，根據飛輪組合信息，解算得到三軸的PI+校正力矩，包括：

根據飛輪組合信息，對三軸姿態角進行限幅；

根據限幅后的三軸姿態角，及PI+校正控制率，解算得到三軸的PI+校正力 矩。

優選的，根據飛輪組合信息，對三軸姿態角進行限幅，包括：

根據飛輪組合信息，確定飛輪的實際可用角動量；

根據確定的飛輪的實際可用角動量，對三軸姿態角進行限幅。