[發(fā)明專利]一種航天器控制系統(tǒng)在軌穩(wěn)定運(yùn)行能力構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010700657.4
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111913469B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁利;蔣慶華;王淑一;宗紅;劉瀟翔;劉羽白
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

1.一種航天器控制系統(tǒng)在軌穩(wěn)定運(yùn)行能力構(gòu)建方法，其特征在于：該方法通過數(shù)據(jù)保護(hù)能力、數(shù)據(jù)剔野能力、異常檢測能力、軟故障自恢復(fù)能力、硬故障自重構(gòu)能力、欠配置運(yùn)行能力構(gòu)建航天器控制系統(tǒng)在軌穩(wěn)定運(yùn)行能力；

所述的數(shù)據(jù)保護(hù)能力中對星時數(shù)據(jù)、控制模式字、目標(biāo)姿態(tài)偏置量、定姿方式、控制方式、部件工作狀態(tài)、軌道數(shù)據(jù)和具有累積效應(yīng)的積分型數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)；

所述的數(shù)據(jù)保護(hù)能力中的數(shù)據(jù)保護(hù)方法為：

對于星時數(shù)據(jù)進(jìn)行三取二保護(hù)，星時累計(jì)時，對星時增量進(jìn)行判斷，在超出預(yù)定偏差范圍時進(jìn)行保護(hù)；

對于控制模式字進(jìn)行三取二保護(hù)，模式轉(zhuǎn)換時三取二數(shù)據(jù)同步更新；

對于軌道數(shù)據(jù)，星上控制計(jì)算機(jī)定期將軌道數(shù)據(jù)保存到第三方，待星上控制計(jì)算機(jī)復(fù)位或切機(jī)后進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，使工作狀態(tài)恢復(fù)至復(fù)位或切機(jī)前工作狀態(tài)；

所述的欠配置運(yùn)行能力中包括欠測量姿態(tài)確定和欠驅(qū)動姿態(tài)控制；

構(gòu)建方法為：

對于陀螺不可用時，建立基于動力學(xué)預(yù)估的星敏感器姿態(tài)確定方案，利用星體執(zhí)行機(jī)構(gòu)和動力學(xué)特性預(yù)估航天器角速度，利用星敏感器測量進(jìn)行姿態(tài)角和角速度的修正，實(shí)現(xiàn)僅星敏感器的姿態(tài)確定；

對于星敏感器不可用時，建立基于動力學(xué)信息的姿態(tài)預(yù)估方案；

欠驅(qū)動姿態(tài)控制設(shè)計(jì)時，在兩個動量輪正常時采用欠驅(qū)動控制方案，利用軌道陀螺羅盤效應(yīng)，結(jié)合推力器噴氣卸載，設(shè)計(jì)欠驅(qū)動控制律，實(shí)現(xiàn)基于兩個動量輪的三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器控制系統(tǒng)在軌穩(wěn)定運(yùn)行能力構(gòu)建方法，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)剔野能力中對陀螺、紅外地球敏感器測量數(shù)據(jù)、數(shù)字式太陽敏感器測量數(shù)據(jù)、模擬式太陽敏感器測量數(shù)據(jù)、星敏感器測量數(shù)據(jù)、動量輪轉(zhuǎn)速、帆板驅(qū)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角、控制力矩陀螺角度、角速度、注入軌道參數(shù)、注入指令、姿態(tài)機(jī)動角度、GNSS軌道數(shù)據(jù)、GNSS秒脈沖時間和外系統(tǒng)校時數(shù)據(jù)進(jìn)行剔野。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種航天器控制系統(tǒng)在軌穩(wěn)定運(yùn)行能力構(gòu)建方法，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)剔野能力中的數(shù)據(jù)剔野方法為：首先將待剔野的數(shù)據(jù)分為突變量和緩變量，對于突變量，通過將輸入數(shù)據(jù)直接與設(shè)置閾值進(jìn)行比較，或通過將輸入數(shù)據(jù)運(yùn)算處理后的結(jié)果與相應(yīng)物理量設(shè)置閾值間接比較，實(shí)現(xiàn)剔除，對于緩變量，采用濾波的方法進(jìn)行剔除。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器控制系統(tǒng)在軌穩(wěn)定運(yùn)行能力構(gòu)建方法，其特征在于：所述的異常檢測能力中的異常檢測方法如下：

從單機(jī)異常檢測和系統(tǒng)異常檢測兩個方面構(gòu)建異常檢測能力，第一方面，單機(jī)異常檢測，對控制系統(tǒng)開啟并讀取測量信息或狀態(tài)信息的敏感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行單機(jī)異常檢測，首先對單機(jī)的模擬量和狀態(tài)量自診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行異常檢測，如單機(jī)的模擬量和狀態(tài)量未超出有效范圍，則繼續(xù)對單機(jī)的數(shù)字量測量數(shù)據(jù)進(jìn)行異常檢測，包括測量數(shù)據(jù)范圍檢測、測量數(shù)據(jù)野值檢測、測量數(shù)據(jù)與理論值的一致性檢測、測量數(shù)據(jù)與同類部件輸出一致性檢測；第二方面，系統(tǒng)異常檢測，包括控制性能滿足檢測、噴氣安全檢測、對日能源安全檢測，其中任意檢測值超出設(shè)定閾值則認(rèn)定為發(fā)生系統(tǒng)異常；控制性能滿足是指：姿態(tài)角度誤差不超出設(shè)定閾值且姿態(tài)角速度誤差不超出設(shè)定閾值；噴氣安全是指：給定時間內(nèi)的噴氣量不超過設(shè)定閾值；對日能源安全是指：太陽帆板對日角度誤差不超過設(shè)定閾值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天器控制系統(tǒng)在軌穩(wěn)定運(yùn)行能力構(gòu)建方法，其特征在于：所述的軟故障自恢復(fù)能力中軟故障類型包括：單粒子翻轉(zhuǎn)、單粒子鎖定、程序跑飛和任務(wù)運(yùn)行超時。