[發明專利]V型輪控且單輪掉電衛星的三軸姿態快速穩定控制方法

在審

• 申請號: 202211086176.4
• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115384811A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）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（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

一種V型輪控且單輪掉電衛星的三軸姿態快速穩定控制方法，該方法適用于東方紅四號衛星平臺中V型輪控工作時單個飛輪掉電情況，在不改變現有衛星的配置條件下，將備份反作用輪加電，進行轉速保持熱備份。當動量輪掉電時，未掉電輪采用Y方向姿態控制力矩方式，對俯仰角進行控制，反作用輪輸出力矩等于(±未掉電輪控制力矩)*2*sin(20/57.3)，掉電輪加電后，系統仍為V型輪控方式，反作用輪進行轉速保持控制到目標轉速，整個過程中禁止噴氣卸載。該方法是通過動態計算及快速補償掉電輪引起的摩擦力矩降低了對三軸姿態影響，其魯棒性好，三軸姿態波動小，具有掉電后長時間等待地面上注加電指令的姿控系統快速自主恢復的能力，無需地面站對姿控系統進行其他操作。

技術領域

本發明涉及一種V型輪控且單輪掉電衛星的三軸姿態快速穩定控制方法，解決了以往星上面臨的姿態超差轉噴氣安全模式甚或姿態失穩等引發的載荷業務中斷問題，屬于衛星欠配置控制技術領域。

背景技術

早期GEO商業通信衛星(如東四民商星等)為降低衛星成本、減少系統配置及減輕系統重量，在保證衛星姿態控制指標和輪控系統可靠性的前提下，使用地球敏感器測量滾動和俯仰姿態，偏航觀測器來確定姿態，使用整星偏置角動量的V型輪方式實現衛星的三軸穩定控制。因系統硬件配置極低，導致該類衛星當發生故障問題時設計難度很大。

根據東四民商星實際在軌飛行表現，衛星長期運行期間，由于受到空間高能粒子及復雜電磁環境的影響，飛輪存在無征兆異常斷電的隱患。當飛輪發生異常斷電故障時，因地面站無法及時恢復飛輪供電(早期設計中，星上無法自主給飛輪加電)，將造成衛星姿態翻滾轉模式，影響通信業務，并給地面站恢復操作等帶來諸多不便。

對于東四民商星中的巴基斯坦-1R衛星，由某種故障原因，該衛星不能轉入噴氣控制方式，只能在正常模式(NM)的V(主)或L(備)型動量輪控制方式下工作。根據東四民商星原設計方法，當衛星在V型輪工作下出現某動量輪掉電問題后，三軸姿態必將發生翻滾使衛星轉入噴氣控制的ETM模式下。但巴基斯坦-1R衛星不允許姿態發生翻滾，要求姿態必須一直維持在波動很小的正常工作模式內。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種V型輪控且單輪掉電衛星的三軸姿態快速穩定控制方法，實現了V型飛輪發生掉電故障后，星上通過自主控制使得三軸姿態維持當前穩定狀態，等待地面加電后，動量輪轉速恢復至掉電前狀態，整個過程三軸姿態保存平穩。

本發明的技術解決方案是：

一種V型輪控且單輪掉電衛星的三軸姿態快速穩定控制方法，步驟如下：

(1)紅外地球敏感器測量衛星滾動角和俯仰角；

(2)以V型動量輪組工作時，進行姿態控制；

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

(4)啟動反作用輪，輪型工作狀態改為L型動量輪組；

(5)禁止噴氣卸載和噴氣控制；

(6)根據掉電輪的轉速情況，計算反作用輪輸出控制力矩；

(7)判斷掉電輪轉速是否為零，如果掉電輪轉速下降為0后，將滾動角輸入和滾動角速度輸入接入星上控制器，實現閉環控制，之后進入步驟(8)；

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

(9)將反作用輪改為轉速控制方式，反作用輪的轉速目標為啟用時刻的轉速，且控制方式改為原V型動量輪組方式，衛星控制器重新接入滾動角輸入和滾動角速度輸入。