[發明專利]分體式衛星在軌兩艙轉動慣量辨識方法及系統

有效

• 申請號: 202011475972.8
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112684697B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 洪振強;張健;邊志強;張偉;沈毅力;趙艷彬;栗雙嶺
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02;B64G1/24
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種分體式衛星在軌兩艙轉動慣量辨識方法及系統，用于測定衛星兩艙分離后的兩艙繞各自質心的轉動慣量，包括步驟：將衛星兩艙間重復鎖緊機構斷電，給兩艙間磁浮作動器通電，產生大小已知的磁控力偶，驅動兩艙轉動；控制系統保持開環不控，采集兩艙三軸角速度信息，擬合角速度曲線，微分得到三軸角加速度曲線；結合磁浮作動器輸出磁控力偶信息和三軸角加速度解算得到兩艙轉動慣量。本發明通過兩艙轉動慣量在軌辨識方法的設計，實現兩艙轉動慣量的精確辨識，為衛星在軌的姿態控制提供動力學數據支撐，克服了在地面上受限于重力和展開部件的影響，難以準確辨識的技術難題。

技術領域

本發明涉及一種具有超高指向精度、超高穩定度(雙超)衛星平臺載荷艙的復合控制技術，具體地，涉及新型分體式衛星在軌兩艙轉動慣量辨識方法。

背景技術

未來先進航天器對姿態指向精度與穩定度的要求比目前水平高兩個量級。傳統采用載荷與平臺固連式設計，兩者動力學特性深度耦合，導致載荷雙超指標難以實現，盡管采用主被動微振動抑制等方法取得了一定效果，但受限固連式設計的缺陷，雙超指標難以實現。

“雙超”衛星平臺打破傳統固連設計，采用非接觸、高精度、無時延位移傳感器實現僅安裝安靜部件的載荷(艙)與安裝活動部件的平臺(艙)分離，徹底消除微振動影響。改變傳統以衛星平臺為主的控制邏輯，首次采用“載荷艙主動，平臺艙從動，兩艙相對位置協同解耦控制”的全新方法，可實現載荷艙的雙超精度。

兩艙轉動慣量位置的精確辨識是實現載荷艙高精度姿態控制和兩艙協同快速姿態機動前饋控制的前提。地面受限于重力和展開部件的影響，難以準確辨識，因此有必要通過在軌標定的方法獲取精確的兩艙轉動慣量信息。

公開號為CN106249749A的專利文獻“主從非接觸雙超衛星平臺變質心變慣量姿態控制系統”，公開了一種主從非接觸雙超衛星平臺變質心變慣量姿態控制系統，并沒有解決兩艙轉動慣量位置精確辨識的技術難題。

公開號為CN102620886A的專利文獻“兩步在軌辨識組合航天器轉動慣量估計方法”，公開了一種一種兩步在軌辨識組合航天器轉動慣量估計方法，采用的方法是EKF算法與最小二乘算法結合實現航天器轉動慣量的最優估計，但其研究對象是一體式衛星，并不涉及兩艙轉動慣量的研究。

在文獻[1][2][3][4]中，提出了基于不同算法的在軌航天器質量特性辨識方法，但其研究對象均為一體式衛星，不涉及且不適用于分體式衛星在分離狀態下的質量特性辨識。

[1]Bergmann EV,Walker BK,Levy D R.Mass property estimation forcontrol of asymmetrical satellites[J].Journal of Guidance,Control andDynamics,1987,10(2):483-492.

[2]Bergmann E V,Dzielski J.Spacecraft mass property identificationwith torque-generating control[J].Journal of Guidance,Control,and Dynamics,1990,13(2):99-103.

[3]Wilson E,Lages C,Mah R.On-line,gyro-based,mass-propertyidentification for thruster-controlled spacecraft using recursive leastsquares[C]//Proceedings of the 45th Midwest Symposium on Circuits andSystems.Moffett Field,California,Ames Research Center，Aug.4-7,2002