[發(fā)明專(zhuān)利]基于動(dòng)量輪與反射率控制裝置的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011605442.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112572838B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 季浩然;李東旭;劉望;張斌斌;吳軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B64G1/24
• 分類(lèi)號(hào): B64G1/24;B64G1/28
• 代理公司: 湖南兆弘專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 趙朕毅

1.一種基于動(dòng)量輪與反射率控制裝置的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

作動(dòng)子系統(tǒng)，安裝于航天器本體艙內(nèi)部，用于實(shí)現(xiàn)航天器的姿態(tài)機(jī)動(dòng)和姿態(tài)穩(wěn)定控制；

卸載子系統(tǒng)，粘貼于航天器艙外附件表面，用于產(chǎn)生可控的太陽(yáng)光壓力矩，供動(dòng)量輪組卸載；

姿態(tài)確定子系統(tǒng)，包含多個(gè)傳感器，用于為航天器提供實(shí)時(shí)姿態(tài)信息；

驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)，包含供電、驅(qū)動(dòng)與控制裝置，與作動(dòng)子系統(tǒng)、卸載子系統(tǒng)、姿態(tài)確定子系統(tǒng)相連接，用于生成控制指令，為姿態(tài)控制系統(tǒng)提供電源和驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

所述作動(dòng)子系統(tǒng)包括若干動(dòng)量輪，基于角動(dòng)量守恒原理，通過(guò)與航天器交換角動(dòng)量實(shí)現(xiàn)對(duì)航天器姿態(tài)的控制；

所述卸載子系統(tǒng)包括若干薄膜式的反射率控制裝置，所述反射率控制裝置在通電和斷電時(shí)具有不同的光學(xué)特性，多個(gè)反射率控制裝置能夠各自獨(dú)立調(diào)整通斷點(diǎn)狀態(tài)使得在受太陽(yáng)光照射時(shí)產(chǎn)生多種不同方向和大小的卸載力矩；

無(wú)需卸載時(shí)，卸載子系統(tǒng)內(nèi)所有反射率控制裝置處于關(guān)機(jī)狀態(tài)；而處于卸載狀態(tài)時(shí)，卸載子系統(tǒng)能夠根據(jù)作動(dòng)子系統(tǒng)當(dāng)前的動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速通過(guò)控制反射率控制裝置的開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)以生成卸載力矩，供動(dòng)量輪組卸載；

所述卸載狀態(tài)采用如下控制算法：

S1，航天器接收到卸載指令；

S2，通過(guò)作動(dòng)子系統(tǒng)將航天器姿態(tài)調(diào)整至對(duì)日定向狀態(tài)，使得航天器艙外附件結(jié)構(gòu)正對(duì)太陽(yáng)光；

S3，計(jì)算卸載力矩的所有可取值：在反射率控制裝置各自開(kāi)機(jī)或關(guān)機(jī)的狀態(tài)合集中，計(jì)算卸載子系統(tǒng)所產(chǎn)生的總太陽(yáng)光壓力矩的所有可選值；

S4，獲取作動(dòng)子系統(tǒng)內(nèi)所有動(dòng)量輪的角速度值，得到動(dòng)量輪的總角速度矢量；

S5，在所述卸載力矩的所有可取值中，選擇與動(dòng)量輪總角速度矢量的反方向最接近，且需開(kāi)機(jī)的反射率控制裝置最少的一組值，以此為依據(jù)控制反射率控制裝置開(kāi)機(jī)或關(guān)機(jī)；

S6，將卸載力矩視為干擾力矩，利用作動(dòng)子系統(tǒng)保持航天器對(duì)日定向姿態(tài)穩(wěn)定，在此過(guò)程中，由于卸載力矩與動(dòng)量輪的總角速度矢量方向相反，動(dòng)量輪的轉(zhuǎn)速將自然降低；

S7，判斷所有動(dòng)量輪是否均已經(jīng)完成卸載，如果完成則退出卸載，否則將跳轉(zhuǎn)至步驟S5繼續(xù)卸載。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)量輪與反射率控制裝置的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，姿態(tài)確定子系統(tǒng)包括星敏感器、太陽(yáng)敏感器和/或陀螺儀。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)量輪與反射率控制裝置的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)包括電源控制器、驅(qū)動(dòng)電路、星載計(jì)算機(jī)和連接線(xiàn)纜；所述星載計(jì)算機(jī)通過(guò)連接線(xiàn)纜與電源控制器和驅(qū)動(dòng)電路相連接，電源控制器和驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)連接線(xiàn)纜與作動(dòng)子系統(tǒng)、卸載子系統(tǒng)、姿態(tài)確定子系統(tǒng)相連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)量輪與反射率控制裝置的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于，航天器艙外附件表面上所布局的反射率控制裝置均呈中心對(duì)稱(chēng)分布。

5.一種航天器，其特征在于，該航天器帶有權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的基于動(dòng)量輪與反射率控制裝置的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)。

6.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，其特征在于，該計(jì)算機(jī)設(shè)備被編程或配置以構(gòu)建權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的基于動(dòng)量輪與反射率控制裝置的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序。

7.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有被編程或配置以構(gòu)建權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的基于動(dòng)量輪與反射率控制裝置的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序。