[發(fā)明專利]一種機(jī)動(dòng)過程中天線預(yù)置的高穩(wěn)定度控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910668429.0
• 申請(qǐng)日: 2019-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN110502038B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉其睿;王淑一;袁利;諶穎;車汝才;陸棟寧;高進(jìn);張晉;張怡;葛瑩;王麗嬌;田科豐;吳倩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號(hào): G05D3/12
• 分類號(hào): G05D3/12;H01Q3/08;H01Q1/28
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種機(jī)動(dòng)過程中天線預(yù)置的高穩(wěn)定度控制方法，包括步驟如下：(1)在衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)開始時(shí)向天線發(fā)送角度預(yù)置指令；(2)在衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)期間和姿態(tài)機(jī)動(dòng)結(jié)束后的穩(wěn)定控制期間，根據(jù)姿態(tài)機(jī)動(dòng)目標(biāo)角度、衛(wèi)星當(dāng)前軌道位置和天線接收站位置，實(shí)時(shí)計(jì)算天線理論目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并發(fā)送給天線用于預(yù)置和預(yù)置完成后的跟蹤。本發(fā)明的方法根據(jù)天線大角度預(yù)置運(yùn)動(dòng)時(shí)干擾力矩較大而平穩(wěn)跟蹤時(shí)干擾力矩較小的特點(diǎn)，將衛(wèi)星天線預(yù)置過程放在姿態(tài)機(jī)動(dòng)階段完成，充分利用衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)階段的高控制帶寬和快速調(diào)整能力，對(duì)天線預(yù)置干擾力矩帶來的姿態(tài)擾動(dòng)進(jìn)行快速穩(wěn)定，避免了天線預(yù)置干擾力矩對(duì)姿態(tài)穩(wěn)定度的不利影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天器姿態(tài)確定與控制領(lǐng)域，特別是一種機(jī)動(dòng)過程中天線預(yù)置的高穩(wěn)定度控制方法。

背景技術(shù)

衛(wèi)星配置可動(dòng)數(shù)傳天線和中繼天線等具有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的部件時(shí)，天線運(yùn)動(dòng)帶來的干擾力矩對(duì)姿態(tài)高穩(wěn)定度控制是重要的擾動(dòng)因素，特別是天線大角度預(yù)置運(yùn)動(dòng)時(shí)干擾力矩更為顯著。天線大角度預(yù)置過程對(duì)整星的干擾較為復(fù)雜，在快速機(jī)動(dòng)階段存在較大轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，對(duì)星體具有反作用的偏置角動(dòng)量，需要依靠姿態(tài)控制系統(tǒng)的角動(dòng)量交換機(jī)構(gòu)快速吸收；在啟動(dòng)階段和到位階段存在轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的快速變化，對(duì)星體產(chǎn)生的反作用力矩接近于沖激干擾力矩，其大小與轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的大小、方向和變化率均相關(guān)，與轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制的動(dòng)態(tài)過程相耦合，難以精確估計(jì)。僅靠現(xiàn)有姿態(tài)控制系統(tǒng)的閉環(huán)反饋控制無法有效抵消所造成的姿態(tài)擾動(dòng)，而使用前饋估計(jì)補(bǔ)償方法又難以精確估計(jì)干擾力矩，無法保證姿態(tài)的高穩(wěn)定度控制。為解決這一類問題，需要針對(duì)天線預(yù)置過程中的高穩(wěn)定度控制提出新的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種機(jī)動(dòng)過程中天線預(yù)置的高穩(wěn)定度控制方法，根據(jù)天線大角度預(yù)置運(yùn)動(dòng)時(shí)干擾力矩較大而平穩(wěn)跟蹤時(shí)干擾力矩較小的特點(diǎn)，將衛(wèi)星天線預(yù)置過程放在姿態(tài)機(jī)動(dòng)階段完成，充分利用衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)階段的高控制帶寬和快速調(diào)整能力，對(duì)天線預(yù)置干擾力矩帶來的姿態(tài)擾動(dòng)進(jìn)行快速穩(wěn)定，避免了天線預(yù)置干擾力矩對(duì)姿態(tài)穩(wěn)定度的不利影響。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種機(jī)動(dòng)過程中天線預(yù)置的高穩(wěn)定度控制方法，包括步驟如下：

(1)在衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)開始時(shí)向天線發(fā)送角度預(yù)置指令；

(2)在衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)期間和姿態(tài)機(jī)動(dòng)結(jié)束后的穩(wěn)定控制期間，根據(jù)姿態(tài)機(jī)動(dòng)目標(biāo)角度[φ_t,θ_t,ψ_t]^T、衛(wèi)星當(dāng)前軌道位置和天線接收站位置實(shí)時(shí)計(jì)算天線理論目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)角度[α_t,β_t]^T，并發(fā)送給天線用于預(yù)置和預(yù)置完成后的跟蹤。

步驟(2)的具體步驟如下：

根據(jù)姿態(tài)機(jī)動(dòng)目標(biāo)角度[φ_t,θ_t,ψ_t]^T，計(jì)算機(jī)動(dòng)目標(biāo)姿態(tài)相對(duì)于衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣C_TO＝Euler2Mat(φ_t,θ_t,ψ_t)，其中，Euler2Mat()為與約定轉(zhuǎn)序有關(guān)的從歐拉角到方向余弦陣的轉(zhuǎn)換函數(shù)；φ_t,θ_t,ψ_t分別表示姿態(tài)機(jī)動(dòng)的目標(biāo)滾動(dòng)角、目標(biāo)俯仰角和目標(biāo)偏航角；

根據(jù)衛(wèi)星當(dāng)前軌道位置在慣性系下的坐標(biāo)和天線接收站位置在慣性系下的坐標(biāo)計(jì)算從衛(wèi)星當(dāng)前軌道位置到天線接收站位置的相對(duì)矢量在慣性系中的表示

根據(jù)軌道計(jì)算給出的衛(wèi)星軌道坐標(biāo)系相對(duì)于慣性系的轉(zhuǎn)換矩陣C_oi和天線安裝坐標(biāo)系相對(duì)于衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣C_ab，計(jì)算從衛(wèi)星當(dāng)前軌道位置到天線接收站位置的相對(duì)矢量在天線安裝坐標(biāo)系中的表示三軸分量的表示形式為