專利名稱：一種增加前饋補償改善磁控能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星的磁控方法，特別是涉及一種增加前饋補償改善磁控能力的 方法，為適用于偏置動量衛(wèi)星的磁控技術(shù)。
背景技術(shù)：
偏置動量衛(wèi)星是指衛(wèi)星在軌運行時，在軌道面法線方向保持一個固定的星體角動 量，一般這個角動量是由星體內(nèi)安裝的動量輪保持在一個固定轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的。因為偏置動 量衛(wèi)星在空間的定軸性(類似陀螺的運動)，決定這種構(gòu)型的衛(wèi)星具有著良好的抗干擾性， 并且作為一種高可靠，低配置的衛(wèi)星目前得到廣泛的應(yīng)用。偏置動量衛(wèi)星的控制系統(tǒng)一般 采用磁控+輪控的控制方案即，衛(wèi)星的-Y軸(軌道面法線方向)配置有動量輪，并長期 保持在某固定轉(zhuǎn)速，形成偏置動量構(gòu)型，并且該動量輪還被用來進行Y軸的姿態(tài)控制。同 時，衛(wèi)星中的X軸和Z軸姿態(tài)由磁力矩器輸出的力矩進行控制，控制律一般采用比例-微分 (PD)控制律。遙感九號衛(wèi)星作為一個偏置動量衛(wèi)星，與其他衛(wèi)星有著不同之處遙感九號衛(wèi)星 由于任務(wù)需要星上配置有雙軸太陽帆板驅(qū)動機構(gòu)，根據(jù)圖2所示，雙軸帆板安裝于衛(wèi)星的 一側(cè)，帆板有兩個旋轉(zhuǎn)自由度，分別稱為A軸和B軸，其工作方式類似一個關(guān)節(jié)。其中A軸 在衛(wèi)星對地定向時以垂直軌道面的方向旋轉(zhuǎn)，B軸嵌套在A軸之內(nèi)，即A軸可以帶動B軸一 起旋轉(zhuǎn)。B軸的旋轉(zhuǎn)方向定義是，當(dāng)帆板處于零位狀態(tài)(零位定義為A軸和B軸的轉(zhuǎn)角輸 出均為0的狀態(tài))，衛(wèi)星前進的方向即為B軸的旋轉(zhuǎn)方向。遙感九號衛(wèi)星的B軸旋轉(zhuǎn)范圍 在-40度到+40度之間。隨帆板B軸轉(zhuǎn)角的增加，衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動慣量隨之改變，而轉(zhuǎn)動慣量的 變化會帶來重力梯度干擾力矩的增大(重力梯度計算公式可以參見《衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)與控 制》，宇航出版社，屠善澄主編，P49 54)。在遙感九號衛(wèi)星中，重力梯度力矩最大時，在星 體X方向產(chǎn)生的干擾力矩接近2X 10_4Nm，比一般此類衛(wèi)星大了一個數(shù)量級。而按照一般衛(wèi) 星的外擾(外擾量級在10_5Nm左右)而設(shè)計的比例-微分控制律此時已不能完全消除這么 大的干擾力矩，導(dǎo)致的后果是衛(wèi)星X軸的姿態(tài)控制精度變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種增加前饋補償改善磁控能 力的方法，該方法通過在原有比例-微分控制律中增加一個前饋補償項，可以有效解決偏 置動量衛(wèi)星X軸方向磁控能力不足的問題，從而增強磁控能力，有效改善衛(wèi)星的姿態(tài)控制 精度。本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的一種增加前饋補償改善磁控能力的方法，包括如下步驟(1)根據(jù)衛(wèi)星上雙軸帆板的A軸轉(zhuǎn)角α F和B軸轉(zhuǎn)角β F，以及地磁場強度矢量戽’ 計算前饋補償力矩TF，具體方法如下Tf = SIGNa · SIGN0 · SIGNbz · FV
其中
權(quán)利要求
1. 一種增加前饋補償改善磁控能力的方法，其特征在于包括如下步驟 (1)根據(jù)衛(wèi)星上雙軸帆板的A軸轉(zhuǎn)角α B軸轉(zhuǎn)角β F，以及地磁場強度矢量或,計算 前饋補償力矩TF，具體方法如下
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增加前饋補償改善磁控能力的方法，其特征在于所述 步驟(1)中補償力矩幅值的分段參數(shù)kF1 e [lX109，5X109]，kF2 e [2 X IO9,6 X IO9] 0
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種增加前饋補償改善磁控能力的方法，其特征在于所述 補償力矩幅值的分段參數(shù)kF1 = 3 X IO9, kF2 = 3. 5 X ΙΟ9。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增加前饋補償改善磁控能力的方法，其特征在于所 述步驟⑵中位置的修正系數(shù)kPXe [1\107，8父107]，速度的修正系數(shù)1%￡ [2X IO8, 2 X IO9]。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增加前饋補償改善磁控能力的方法，包括(1)根據(jù)衛(wèi)星上雙軸帆板的A軸轉(zhuǎn)角αF和B軸轉(zhuǎn)角βF，以及地磁場強度矢量計算前饋補償力矩TF，本方法中涉及的外擾力矩主要是重力梯度力矩(2)采用比例-微分控制律計算x軸的常規(guī)磁控力矩(3)根據(jù)前饋補償力矩TF與常規(guī)的磁控力矩Tm計算衛(wèi)星Y軸的磁矩My，本發(fā)明方法可以在不增加硬件設(shè)備的條件下，大大提高偏置動量衛(wèi)星的磁控能力，有效地改善姿態(tài)控制精度，本發(fā)明方法已經(jīng)過在衛(wèi)星軌測試，取得良好的效果，當(dāng)衛(wèi)星所受外擾較大的情況下，可以將姿態(tài)指向精度從1度提高至0.5度以內(nèi)，大大改善了衛(wèi)星的姿態(tài)控制指標(biāo)。
文檔編號B64G1/24GK102001453SQ20101052801
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者宋利芳, 楊鳴, 柯旗, 王勇, 莫鑫, 蔣慶華, 魏春嶺 申請人:北京控制工程研究所