[發(fā)明專利]V型輪控且單輪掉電衛(wèi)星的三軸姿態(tài)快速穩(wěn)定控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211086176.4
• 申請(qǐng)日: 2022-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN115384811A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武云麗;雷仲謀;何剛;郭廷榮;張樹華;崔振江;周中澤;李建平;葛瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號(hào): B64G1/24
• 分類號(hào): B64G1/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

1.一種V型輪控且單輪掉電衛(wèi)星的三軸姿態(tài)快速穩(wěn)定控制方法，其特征在于步驟如下：

(1)紅外地球敏感器測(cè)量衛(wèi)星滾動(dòng)角和俯仰角；

(2)以V型動(dòng)量輪組工作時(shí)，進(jìn)行姿態(tài)控制；

(3)當(dāng)V型動(dòng)量輪組中任一個(gè)動(dòng)量輪掉電，則在星上控制器的輸入端置滾動(dòng)角輸入和滾動(dòng)角速度輸入為零；

(4)啟動(dòng)反作用輪，輪型工作狀態(tài)改為L型動(dòng)量輪組；

(5)禁止噴氣卸載和噴氣控制；

(6)根據(jù)掉電輪的轉(zhuǎn)速情況，計(jì)算反作用輪輸出控制力矩；

(7)判斷掉電輪轉(zhuǎn)速是否為零，如果掉電輪轉(zhuǎn)速下降為0后，將滾動(dòng)角輸入和滾動(dòng)角速度輸入接入星上控制器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，之后進(jìn)入步驟(8)；

(8)判斷掉電輪是否加電，如果加電，進(jìn)入步驟(9)；如果未加電，返回步驟(7)；

(9)將反作用輪改為轉(zhuǎn)速控制方式，反作用輪的轉(zhuǎn)速目標(biāo)為啟用時(shí)刻的轉(zhuǎn)速，且控制方式改為原V型動(dòng)量輪組方式，衛(wèi)星控制器重新接入滾動(dòng)角輸入和滾動(dòng)角速度輸入。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種V型輪控且單輪掉電衛(wèi)星的三軸姿態(tài)快速穩(wěn)定控制方法，其特征在于：衛(wèi)星上裝有紅外地球敏感器、第一動(dòng)量輪、第二動(dòng)量輪以及反作用輪，第一動(dòng)量輪和第二動(dòng)量輪工作時(shí)，構(gòu)成V型動(dòng)量輪組；當(dāng)?shù)谝粍?dòng)量輪和反作用輪工作時(shí)，或者第二動(dòng)量輪和反作用輪工作時(shí)，構(gòu)成L型動(dòng)量輪組。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種V型輪控且單輪掉電衛(wèi)星的三軸姿態(tài)快速穩(wěn)定控制方法，其特征在于：步驟(6)中所述掉電輪的轉(zhuǎn)速情況，具體包括如下三種情況：

第一動(dòng)量輪掉電且轉(zhuǎn)速不等于零；

第二動(dòng)量輪掉電且轉(zhuǎn)速不等于零；

掉電后第一動(dòng)量輪或第二動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速為零。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種V型輪控且單輪掉電衛(wèi)星的三軸姿態(tài)快速穩(wěn)定控制方法，其特征在于：當(dāng)?shù)谝粍?dòng)量輪掉電且轉(zhuǎn)速不等于零時(shí)，通過如下方式計(jì)算反作用輪輸出控制力矩：

步驟一：確定整星偏置角動(dòng)量衛(wèi)星小角度控制動(dòng)力學(xué)方程為

其中，分別為滾動(dòng)角、俯仰角和偏航角，分別為滾動(dòng)角速度和偏航角速度，分別為滾動(dòng)角加速度、俯仰角加速度和偏航角加速度，I_x,I_y,I_z分別為X軸、Y軸和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，H₀,ω₀分別為整星偏置動(dòng)量和軌道角速度；T_dMw1為第一動(dòng)量輪產(chǎn)生的未知摩擦干擾力矩，β為動(dòng)量輪中心軸與-Y軸的夾角，和分別為第一動(dòng)量輪和第二動(dòng)量輪產(chǎn)生的力矩，為反作用輪產(chǎn)生的力矩；

步驟二：若利用第二動(dòng)量輪對(duì)俯仰軸進(jìn)行控制，控制力矩由俯仰軸控制器給出，使得θ→0，進(jìn)而有則有將該式帶入方程(1b)得到

步驟三：若使則反作用輪輸出力矩為

同理可得，第二動(dòng)量輪掉電且轉(zhuǎn)速不等于零時(shí)，反作用輪輸出力矩為

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種V型輪控且單輪掉電衛(wèi)星的三軸姿態(tài)快速穩(wěn)定控制方法，其特征在于：當(dāng)?shù)綦姾蟮谝粍?dòng)量輪或第二動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速為零時(shí)，通過如下方式確定反作用輪的輸出力矩：

掉電輪轉(zhuǎn)速等于零時(shí)，則有T_dMw1＝0，此時(shí)反作用輪和第二動(dòng)量輪或者反作用輪和第一動(dòng)量輪進(jìn)行L型動(dòng)量輪組控制方式，滾動(dòng)軸控制器輸入接入閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，控制力矩分別由滾動(dòng)軸控制器和俯仰軸控制器給出。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種V型輪控且單輪掉電衛(wèi)星的三軸姿態(tài)快速穩(wěn)定控制方法，其特征在于：當(dāng)?shù)綦妱?dòng)量輪恢復(fù)加電后，反作用輪改為轉(zhuǎn)速控制，并由當(dāng)前轉(zhuǎn)速控制到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，在此過程中不引入噴氣卸載，整個(gè)過程星體角動(dòng)量未發(fā)生變化，基于角動(dòng)量等價(jià)交換原理，動(dòng)量輪恢復(fù)加電后，反作用輪控制到目標(biāo)轉(zhuǎn)速后，V型動(dòng)量輪組角動(dòng)量仍保持掉電前狀態(tài)，轉(zhuǎn)速恢復(fù)至掉電前狀態(tài)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種V型輪控且單輪掉電衛(wèi)星的三軸姿態(tài)快速穩(wěn)定控制方法，其特征在于：若掉電輪未恢復(fù)加電，則根據(jù)掉電輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行判斷。