[發明專利]一種微小衛星的輪磁混合姿態控制方法和系統

有效

• 申請號: 202110575505.0
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113335567B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 霍宏偉;陳楊;文雯;楊曼;方子今
• 申請（專利權）人: 航天科工空間工程發展有限公司
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張麗

1.一種微小衛星的輪磁混合姿態控制方法，其特征在于，包括：

S1、根據衛星本體姿態信息和目標姿態信息，計算控制力矩；

S2、判斷飛輪是否要進行卸載操作，根據飛輪當前轉速和標稱轉速計算卸載力矩；

S3、進行飛輪和磁力矩器的力矩分配；

S4、計算當地磁場強度，根據所述當地磁場強度計算三軸指令磁矩，同時更新飛輪指令力矩，完成輪磁混合的姿態控制。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1包括：

S11、計算姿態誤差：

式中，dq0、dq1、dq2、dq3為姿態誤差四元數，q0、q1、q2、q3衛星本體姿態四元數，q0r、q1r、q2r、q3r為目標姿態四元數；

S12、計算姿態誤差角：

Δθ＝2*arccos(dq0)

式中，Δθ為姿態誤差角；

S13、判斷所述姿態誤差角是否超限，若超限則進行限幅處理；

S14、計算誤差角速度：

dω＝ω_r-ω

式中，dω為誤差角速度，ω為衛星本體角速度，ω_r為目標角速度；

S15、若飛輪系統安裝在本體x軸，判斷垂直飛輪系統的兩坐標軸的誤差角速度，如果單軸角速度大于3°/s，則進行速率阻尼控制，只反饋角速度進行控制計算，即令姿態角反饋系數k_p/y,z為0；

S16、根據姿態誤差、誤差角速度計算控制力矩：

其中，k_px、k_py、k_pz為比例系數，k_dx、k_dy、k_dz為微分系數，取值均大于0，dω₁、dω₂、dω₃為步驟S14計算的誤差角速度的坐標分量，即

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2包括：

S21、選取標稱轉速h₀及卸載閾值Δh；

S22、判斷當前是否在卸載狀態，如果當前不在卸載狀態，則判斷當前轉速與h₀+Δh關系，若當前轉速超過h₀+Δh，則進行卸載控制，計算并產生卸載力矩；否則不進行卸載控制；若當前正在卸載狀態，則判斷飛輪系統轉速與h₀-Δh關系，若當前轉速小于h₀-Δh，則認為卸載完成，不再產生卸載力矩；否則繼續進行卸載控制；

所述卸載力矩計算式為：

T_u＝-k_u(h-h₀)

式中，k_u為正的卸載控制參數，h₀為飛輪標稱轉速，h為飛輪當前實際轉速。

4.根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于，飛輪產生的單軸控制力矩為：

T_Wh＝T_cx

式中，T_Wh為飛輪產生的單軸控制力矩，T_cx為控制力矩x軸方向分量；

磁力矩器產生的指令力矩為：

式中，T_Mag為磁力矩器產生的指令力矩，T_u為卸載力矩，T_cy為控制力矩y軸方向分量，T_cz為控制力矩z軸方向分量。