[發(fā)明專利]針對冗余安裝飛輪的角動量管理方法

在審

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• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114212279A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設計）人: 陳樺;王文妍;杜耀珂;完備;岳楊;王禹;王嘉軼;賈艷勝;劉美師;崔佳
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24;B64G1/28
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 張雙紅;張靜潔

本發(fā)明公開了一種針對冗余安裝飛輪的角動量管理方法，所述方法包括：獲取當前控制周期內，控制力矩對應的角動量增量。根據當前拍接入系統(tǒng)的飛輪組合確定飛輪安裝矩陣與可用標志。根據飛輪的所述可用標志將所述角動量增量分配至所述飛輪組合中可用飛輪。對分配后的各飛輪角動量增量進行限幅，若某一軸的飛輪角動量增量超過限幅值，則將該軸飛輪置為不可用。根據角動量增量與前一拍角動量指令計算各個所述飛輪的當前拍角動量指令。對各個所述飛輪的當前拍角動量指令進行限幅，若某一軸的飛輪當前拍角動量指令超過限幅值則將該軸飛輪置為不可用，并更新該軸飛輪的角動量增量。本發(fā)明具有工程實現簡單，算法計算耗時小的優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)控制技術領域，具體涉及一種針對冗余安裝飛輪的角動量管理方法。

背景技術

隨著衛(wèi)星姿態(tài)控制技術的不斷發(fā)展以及任務要求不斷提高，現代衛(wèi)星對姿態(tài)控制系統(tǒng)的要求越來越高，高精度、高可靠性與可重構性是衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的發(fā)展目標。反作用飛輪通過調節(jié)飛輪轉速，通過飛輪與衛(wèi)星星體之間角動量交換，實現衛(wèi)星姿態(tài)控制，由于其具有可連續(xù)控制、控制精度高、不需額外消耗工質等特點，是衛(wèi)星姿態(tài)控制的主要執(zhí)行機構。另外，由于衛(wèi)星各部件在軌發(fā)生故障后難以修復，多飛輪冗余安裝可有效提高系統(tǒng)重構度與冗余度，可有效提高系統(tǒng)工作壽命。

傳統(tǒng)的三正交安裝飛輪系統(tǒng)，控制指令與飛輪軸一一對應，在計算出控制力矩后可直接進行飛輪指令計算，對于冗余安裝的飛輪系統(tǒng)，飛輪軸與星體軸并不完全重合，且飛輪個數往往大于3，因此從控制指令到飛輪指令是從三維到多維的求解過程，這一問題具有無數解。針對于這一問題，傳統(tǒng)的偽逆方法雖然能夠有效進行分配，但無法達到角動量包絡，降低了飛輪系統(tǒng)的控制能力，另外一些方法多是基于各種尋優(yōu)或復雜的矩陣運算而實現的，由于算法復雜度高計算量大，無法在工程實際中使用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種針對冗余安裝飛輪的角動量管理方法，以解決目前，現有的角動量分配算法均是從理論與算法層面，通過各種尋優(yōu)算法或復雜的矩陣運算實現最優(yōu)角動量分配，計算量復雜限制較多，無法用于實際衛(wèi)星工程實現的問題。

為了解決以上問題，本發(fā)明通過以下技術方案實現：

一種針對冗余安裝飛輪的角動量管理方法，包括：步驟S1、獲取當前控制周期內，控制力矩對應的角動量增量。步驟S2、根據當前拍接入系統(tǒng)的飛輪組合確定飛輪安裝矩陣與可用標志。步驟S3、根據飛輪的所述可用標志將所述角動量增量分配至所述飛輪組合中可用飛輪。步驟S4、對分配后的各飛輪角動量增量進行限幅，若某一軸的飛輪角動量增量超過限幅值，則將該軸飛輪置為不可用。步驟S5、根據角動量增量與前一拍角動量指令計算各個所述飛輪的當前拍角動量指令。步驟S6、對各個所述飛輪的當前拍角動量指令進行限幅，若某一軸的飛輪當前拍角動量指令超過限幅值則將該軸飛輪置為不可用，并更新該軸飛輪的角動量增量。

步驟S7、若分配給各軸飛輪的角動量增量與衛(wèi)星本體系角動量增量指令相同，或可分配飛輪個數小于3則結束分配，否則重復步驟S3～步驟S7進行所述角動量增量再分配。

可選地，所述步驟S1還包括：確定衛(wèi)星本體系角動量增量指令ΔHa，與前一拍各個飛輪角動量指令hwpre。

可選地，所述步驟S3包括：步驟S3.1、當第i飛輪的可用標志flag_work(i)為1時，對該第i飛輪的角動量增量Δhw(i)進行清零以便后續(xù)計算，其中i＝1······N，N表示所述飛輪組合中飛輪的最大數量。

當第i飛輪的可用標志flag_work(i)為0時，對該第i飛輪的本拍角動量增量Δh_w(i)進行鎖定。

步驟S3.2、計算除已鎖定飛輪角動量增量外的剩余待分配角動量：

ΔH_a1＝ΔH_a-D×Δh_w