[發(fā)明專利]一種微小衛(wèi)星的輪磁混合姿態(tài)控制方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110575505.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN113335567B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍宏偉;陳楊;文雯;楊曼;方子今
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 航天科工空間工程發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): B64G1/24
• 分類號(hào): B64G1/24
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張麗

本發(fā)明實(shí)施例公開一種微小衛(wèi)星的輪磁混合姿態(tài)控制方法和系統(tǒng)，所述方法包括：S1、確定飛輪起旋方向和起旋轉(zhuǎn)速；S2、根據(jù)衛(wèi)星本體姿態(tài)信息和目標(biāo)姿態(tài)信息，計(jì)算控制力矩；S3、判斷飛輪是否要進(jìn)行卸載操作，根據(jù)飛輪當(dāng)前轉(zhuǎn)速和標(biāo)稱轉(zhuǎn)速計(jì)算卸載力矩；S4、進(jìn)行飛輪和磁力矩器的力矩分配；S5、計(jì)算當(dāng)?shù)卮艌鰪?qiáng)度，根據(jù)所述當(dāng)?shù)卮艌鰪?qiáng)度計(jì)算三軸指令磁矩，同時(shí)更新飛輪指令力矩，完成輪磁混合的姿態(tài)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)控制領(lǐng)域。更具體地，涉及一種微小衛(wèi)星的輪磁混合姿態(tài)控制方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

對(duì)于低軌衛(wèi)星，利用衛(wèi)星上磁體的磁矩與衛(wèi)星所處位置的地磁場相互作用產(chǎn)生力矩，可以進(jìn)行一定精度的姿態(tài)控制，這種方式比較適用于質(zhì)量和體積均相對(duì)較小的微納衛(wèi)星。由于磁控力矩很小，一種較為實(shí)用的配置方式是采用磁力矩器與偏置動(dòng)量輪的組合控制方式。

偏置動(dòng)量方式三軸穩(wěn)定衛(wèi)星是由雙自旋衛(wèi)星的穩(wěn)定方式引申而來的，將旋轉(zhuǎn)體從整星演變縮小成一個(gè)旋轉(zhuǎn)飛輪，而將定向不動(dòng)部分的平臺(tái)擴(kuò)大到整個(gè)星體，儲(chǔ)存在高速飛輪中的角動(dòng)量使衛(wèi)星具有陀螺定軸性，保持姿態(tài)的穩(wěn)定性，簡稱動(dòng)量衛(wèi)星。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種微小衛(wèi)星的輪磁混合姿態(tài)控制方法，包括：

S1、根據(jù)獲取的衛(wèi)星本體姿態(tài)信息和目標(biāo)姿態(tài)信息，計(jì)算控制力矩；

S2、判斷飛輪是否要進(jìn)行卸載操作，根據(jù)飛輪當(dāng)前轉(zhuǎn)速和標(biāo)稱轉(zhuǎn)速計(jì)算卸載力矩；

S3、進(jìn)行飛輪和磁力矩器的力矩分配；

S4、計(jì)算當(dāng)?shù)卮艌鰪?qiáng)度，根據(jù)所述當(dāng)?shù)卮艌鰪?qiáng)度計(jì)算三軸指令磁矩，同時(shí)更新飛輪指令力矩，完成輪磁混合的姿態(tài)控制。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述S1包括：

S11、計(jì)算姿態(tài)誤差：

式中，dq0、dq1、dq2、dq3為姿態(tài)誤差四元數(shù)，q0、q1、q2、q3衛(wèi)星本體姿態(tài)四元數(shù)，q0r、q1r、q2r、q3r為目標(biāo)姿態(tài)四元數(shù)；

S12、計(jì)算姿態(tài)誤差角：

Δθ＝2*arccos(dq0)

式中，Δθ為姿態(tài)誤差角；

S13、判斷所述姿態(tài)誤差角是否超限，若超限則進(jìn)行限幅處理；

S14、計(jì)算誤差角速度：

dω＝ω_r-ω

式中，dω為誤差角速度，ω為衛(wèi)星本體角速度，ω_r為目標(biāo)角速度；

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

S16、根據(jù)姿態(tài)誤差、誤差角速度計(jì)算控制力矩：

其中，k_px、k_py、k_pz為比例系數(shù)，k_dx、k_dy、k_dz為微分系數(shù)，取值均大于0。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述S2包括：

S21、選取標(biāo)稱轉(zhuǎn)速h₀及卸載閾值Δh；