基于時間配比的衛(wèi)星三軸控制力矩解耦的實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在衛(wèi)星姿態(tài)控制領(lǐng)域，常采用飛輪、磁力矩器、推進器作為衛(wèi)星姿態(tài)控制的執(zhí)行機 構(gòu)。其中，推進器具有控制力矩大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，可作為大型衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定以及小衛(wèi) 星快速機動的執(zhí)行機構(gòu)。相比其他兩種執(zhí)行機構(gòu)，采用推進器進行姿態(tài)控制時，衛(wèi)星姿態(tài)控 制精度往往較低，而且若推進器布局存在耦合，采用推進器對衛(wèi)星單軸姿態(tài)機動時極易引 起其他軸姿態(tài)變化，更加降低了衛(wèi)星姿態(tài)控制的精度。因此，實際應(yīng)用中，大型衛(wèi)星上常采 用推進器進行姿態(tài)控制，小衛(wèi)星往往因為對控制精度要求較高而極少僅使用推進器進行姿 態(tài)控制。
[0003] 為實現(xiàn)衛(wèi)星三軸姿態(tài)解耦控制，一般需要配置至少12臺推進器。但是，受衛(wèi)星成 本、結(jié)構(gòu)、重量等因素的限制，衛(wèi)星上往往無法部署足夠多的推進器。此外，在衛(wèi)星實際運行 時，推進器故障也是不容忽視的，如何在故障情況下提供解耦的三軸控制力矩也成為姿態(tài) 控制所必須解決的問題。因此，有必要設(shè)計一種適當?shù)姆椒橥七M器布局存在耦合的衛(wèi)星 提供三軸解耦的控制力矩，從而保證衛(wèi)星的姿態(tài)控制精度。合理的推進器布局及力矩解耦 方法使得將推進器廣泛應(yīng)用到小衛(wèi)星姿態(tài)快速機動成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決衛(wèi)星推進器布局存在耦合或推進器故障而無法提供三 軸解耦控制力矩的問題，本發(fā)明提供一種基于時間配比的衛(wèi)星三軸控制力矩解耦的實現(xiàn)方 法。
[0005] 本發(fā)明的基于時間配比的衛(wèi)星三軸控制力矩解耦的實現(xiàn)方法，
[0006] 所述方法包括如下步驟：
[0007] 步驟一、根據(jù)實際推進發(fā)動機安裝位置，求得各個推進器的控制力矩Tj,
[0008] Tj= R jXFj，Rj為第j個推進器安裝位置矢量，F(xiàn)』為第j個推進器輸出推力；
[0009] 步驟二、根據(jù)時間配比方法，引入推進器控制力矩的工作時間系數(shù)，并通過步驟一 獲得的各個推進器的控制力矩與不同時間系數(shù)的組合得到能實現(xiàn)控制力矩三軸解耦的所 有可行方案：
【主權(quán)項】
1. 基于時間配比的衛(wèi)星=軸控制力矩解禪的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括如 下步驟： 步驟一、根據(jù)實際推進發(fā)動機安裝位置，求得各個推進器的控制力矩Tj.， Tj= R j.X。，Rj.為第j個推進器安裝位置矢量，F(xiàn) j.為第j個推進器輸出推力； 步驟二、根據(jù)時間配比方法，引入推進器控制力矩的工作時間系數(shù)，并通過步驟一獲得 的各個推進器的控制力矩與不同時間系數(shù)的組合得到能實現(xiàn)控制力矩=軸解禪的所有可 行方案：
其中，V為實現(xiàn)控制力矩=軸解禪所有可行方案的集合；Ai為第1個可行方案，用各個 推進器工作時間向量表示；IY為第1個可行方案的合力矩，方向應(yīng)與衛(wèi)星本體坐標系某 一主軸平行，且滿足IITJI = 1 ; a U為可行方案1的第j個推進器的工作時間系數(shù)，均為 非負值； 步驟=、根據(jù)步驟二確定的各個可行方案的燃料用于姿態(tài)控制的效率ni，確定=軸正 負向控制力矩所義用可行方案的優(yōu)先級，效率Hi越局，對應(yīng)的可行方案優(yōu)先級越局； 步驟四、根據(jù)實際控制信號U。和步驟=中確定的優(yōu)先級最高的可行方案，確定推進器 工作時間向量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時間配比的衛(wèi)星=軸控制力矩解禪的實現(xiàn)方法，其特征 在于， 步驟S中，各個可行方案的燃料用于姿態(tài)控制的效率111為：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于時間配比的衛(wèi)星S軸控制力矩解禪的實現(xiàn)方法，其 特征在于，步驟四中，根據(jù)實際控制信號U。和步驟=中確定的優(yōu)先級最高的可行方案，確定 推進器工作時間向量
其中，為控制信號U。在衛(wèi)星本體坐標系下i主軸的分量，A i為在衛(wèi)星本體坐標系下 i主軸對應(yīng)正向或負向的優(yōu)先級最高的可行方案。

【專利摘要】基于時間配比的衛(wèi)星三軸控制力矩解耦的實現(xiàn)方法，屬于航天器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域。為了解決衛(wèi)星推進器布局存在耦合或推進器故障而無法提供三軸解耦控制力矩的問題。它包括：根據(jù)實際推進發(fā)動機安裝位置，求得各個推進器控制力矩；根據(jù)時間配比方法，引入推進器控制力矩的工作時間系數(shù)通過獲得的各個推進器控制力矩與不同時間系數(shù)的組合得到實現(xiàn)控制力矩三軸解耦的所有可行方案；根據(jù)確定的可行方案的燃料用于姿態(tài)控制的效率，確定三軸正負向控制力矩所采用可行方案的優(yōu)先級，效率越高，對應(yīng)可行方案優(yōu)先級越高；根據(jù)實際控制信號和確定的優(yōu)先級最高的可行方案，確定推進器工作時間向量。用于采用推進器對衛(wèi)星進行姿態(tài)控制。
【IPC分類】B64G1-24
【公開號】CN104590587
【申請?zhí)枴緾N201410706026
【發(fā)明人】耿云海, 易濤, 陳雪芹, 曾奎, 李冬柏, 王峰, 葉東
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年11月27日