[發明專利]一種繩系衛星姿態與角動量一體化控制方法

有效

• 申請號: 202110477839.4
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113212804B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 陸棟寧;談樹萍;陳超;雷擁軍;王淑一;于強;王紹凱;李鶴;徐子荔
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24;B64G1/34
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 劉秀祥

一種繩系衛星姿態與角動量一體化控制方法，包括如下步驟：基于系繩力矩的姿態角速率阻尼，實現繩系衛星姿態的重力梯度穩定控制；利用姿控力矩使整星質心與系繩張力方向產生一定的偏離，從而形成動量輪角動量的卸載力矩，對動量輪角動量進行快速卸載，卸載后再恢復正常重力梯度穩定的姿態，從而完成系繩衛星姿態與角動量的一體化控制。本發明確保系繩衛星姿態穩定以及執行機構角動量的卸載同時完成，保證系繩衛星始終具有姿態調整的能力。

技術領域

本發明涉及一種繩系衛星姿態與角動量一體化控制方法，屬于繩系衛星姿態控制技術領域。

背景技術

繩系衛星由于系繩的存在，對各單星的姿態控制帶來了很大的挑戰。系繩在不同張緊狀態下的張力有很大區別，而且系繩張力的方向隨著兩星的相對姿態和相對位置的變化而改變，一般情況下無法精確通過衛星質心，因此，衛星姿態始終受到一個具有很大不確定性的系繩力矩的擾動影響，如何在系繩張力作用下實現衛星的姿態穩定并確保姿態執行機構始終處于不飽和狀態是繩系衛星姿態控制必須解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有技術的上述不足，提供一種繩系衛星姿態與角動量一體化控制方法，包括如下步驟：基于系繩力矩的姿態角速率阻尼，實現繩系衛星姿態的重力梯度穩定控制；利用姿控力矩使整星質心與系繩張力方向產生一定的偏離，從而形成動量輪角動量的卸載力矩，對動量輪角動量進行快速卸載，卸載后再恢復正常重力梯度穩定的姿態，從而完成系繩衛星姿態與角動量的一體化控制。本發明確保系繩衛星姿態穩定以及執行機構角動量的卸載同時完成，保證系繩衛星始終具有姿態調整的能力。

本發明的上述目的是通過如下技術方案予以實現的：

一種繩系衛星姿態與角動量一體化控制方法，包括如下步驟：

基于重力梯度穩定，對繩系衛星進行姿態控制；

當繩系衛星的動量輪的角動量積累量達到預設值時，對所述動量輪的角動量進行卸載，完成繩系衛星的姿態與角動量一體化控制。

上述的控制方法，優選的，重力梯度穩定的條件為：滾動角和俯仰角θ分別趨于某一固定值，偏航角ψ穩定控制以保證繩系衛星的帆板對日定向。

上述的控制方法，優選的，基于重力梯度穩定對繩系衛星進行姿態控制的方法包括如下步驟：

確定繩系衛星本體相對軌道坐標系的姿態矩陣C_BO、繩系衛星本體相對軌道坐標系的目標姿態矩陣C_TO、目標姿態角速度ω_TO；

根據所述姿態矩陣C_BO和目標姿態矩陣C_TO分別確定對應的四元數q_BO、q_TO；將q_TO與q_BO的差和ω_TO與繩系衛星本體角速度ω_BO的差作為控制量。

上述的控制方法，優選的，在對繩系衛星進行姿態控制時，設定衛星姿態按123轉序描述。

上述的控制方法，優選的，對所述動量輪的角動量進行卸載的方法為：當動量輪任一軸的角動量積累量達到預設值時，根據該軸的角動量積累量，確定加入到該軸的姿態偏移量，由所述姿態偏移量產生系繩力矩對該軸的角動量積累量進行卸載。

上述的控制方法，優選的，某一軸的角動量積累量與該軸的姿態偏移量為線性關系。

上述的控制方法，優選的，某一軸的角動量積累量與該軸的姿態偏移量為正比關系。

上述的控制方法，優選的，采用慣性器件測量獲得繩系衛星本體角速度ω_BO。

一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執行時，實現上述的控制方法。