基于時(shí)間配比的衛(wèi)星三軸控制力矩解耦的實(shí)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(jìn)器作為衛(wèi)星姿態(tài)控制的執(zhí)行機(jī) 構(gòu)。其中，推進(jìn)器具有控制力矩大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，可作為大型衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定以及小衛(wèi) 星快速機(jī)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。相比其他兩種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用推進(jìn)器進(jìn)行姿態(tài)控制時(shí)，衛(wèi)星姿態(tài)控 制精度往往較低，而且若推進(jìn)器布局存在耦合，采用推進(jìn)器對(duì)衛(wèi)星單軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)時(shí)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(shí)際應(yīng)用中，大型衛(wèi)星上常采 用推進(jìn)器進(jìn)行姿態(tài)控制，小衛(wèi)星往往因?yàn)閷?duì)控制精度要求較高而極少僅使用推進(jìn)器進(jìn)行姿 態(tài)控制。
[0003] 為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星三軸姿態(tài)解耦控制，一般需要配置至少12臺(tái)推進(jìn)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(wú)法部署足夠多的推進(jìn)器。此外，在衛(wèi)星實(shí)際運(yùn)行 時(shí)，推進(jìn)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(wèn)題。因此，有必要設(shè)計(jì)一種適當(dāng)?shù)姆椒橥七M(jìn)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(jìn)器布局及力矩解耦 方法使得將推進(jìn)器廣泛應(yīng)用到小衛(wèi)星姿態(tài)快速機(jī)動(dòng)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(jìn)器布局存在耦合或推進(jìn)器故障而無(wú)法提供三 軸解耦控制力矩的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于時(shí)間配比的衛(wèi)星三軸控制力矩解耦的實(shí)現(xiàn)方 法。
[0005] 本發(fā)明的基于時(shí)間配比的衛(wèi)星三軸控制力矩解耦的實(shí)現(xiàn)方法，
[0006] 所述方法包括如下步驟：
[0007] 步驟一、根據(jù)實(shí)際推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置，求得各個(gè)推進(jìn)器的控制力矩Tj,
[0008] Tj= R jXFj，Rj為第j個(gè)推進(jìn)器安裝位置矢量，F(xiàn)』為第j個(gè)推進(jìn)器輸出推力；
[0009] 步驟二、根據(jù)時(shí)間配比方法，引入推進(jìn)器控制力矩的工作時(shí)間系數(shù)，并通過(guò)步驟一 獲得的各個(gè)推進(jìn)器的控制力矩與不同時(shí)間系數(shù)的組合得到能實(shí)現(xiàn)控制力矩三軸解耦的所 有可行方案：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于時(shí)間配比的衛(wèi)星=軸控制力矩解禪的實(shí)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(shí)際推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置，求得各個(gè)推進(jìn)器的控制力矩Tj.， Tj= R j.X。，Rj.為第j個(gè)推進(jìn)器安裝位置矢量，F(xiàn) j.為第j個(gè)推進(jìn)器輸出推力； 步驟二、根據(jù)時(shí)間配比方法，引入推進(jìn)器控制力矩的工作時(shí)間系數(shù)，并通過(guò)步驟一獲得 的各個(gè)推進(jìn)器的控制力矩與不同時(shí)間系數(shù)的組合得到能實(shí)現(xiàn)控制力矩=軸解禪的所有可 行方案：
其中，V為實(shí)現(xiàn)控制力矩=軸解禪所有可行方案的集合；Ai為第1個(gè)可行方案，用各個(gè) 推進(jìn)器工作時(shí)間向量表示；IY為第1個(gè)可行方案的合力矩，方向應(yīng)與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系某 一主軸平行，且滿足IITJI = 1 ; a U為可行方案1的第j個(gè)推進(jìn)器的工作時(shí)間系數(shù)，均為 非負(fù)值； 步驟=、根據(jù)步驟二確定的各個(gè)可行方案的燃料用于姿態(tài)控制的效率ni，確定=軸正 負(fù)向控制力矩所義用可行方案的優(yōu)先級(jí)，效率Hi越局，對(duì)應(yīng)的可行方案優(yōu)先級(jí)越局； 步驟四、根據(jù)實(shí)際控制信號(hào)U。和步驟=中確定的優(yōu)先級(jí)最高的可行方案，確定推進(jìn)器 工作時(shí)間向量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)間配比的衛(wèi)星=軸控制力矩解禪的實(shí)現(xiàn)方法，其特征 在于， 步驟S中，各個(gè)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(shí)間配比的衛(wèi)星S軸控制力矩解禪的實(shí)現(xiàn)方法，其 特征在于，步驟四中，根據(jù)實(shí)際控制信號(hào)U。和步驟=中確定的優(yōu)先級(jí)最高的可行方案，確定 推進(jìn)器工作時(shí)間向量
其中，為控制信號(hào)U。在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下i主軸的分量，A i為在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下 i主軸對(duì)應(yīng)正向或負(fù)向的優(yōu)先級(jí)最高的可行方案。

【專利摘要】基于時(shí)間配比的衛(wèi)星三軸控制力矩解耦的實(shí)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(jìn)器布局存在耦合或推進(jìn)器故障而無(wú)法提供三軸解耦控制力矩的問(wèn)題。它包括：根據(jù)實(shí)際推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置，求得各個(gè)推進(jìn)器控制力矩；根據(jù)時(shí)間配比方法，引入推進(jìn)器控制力矩的工作時(shí)間系數(shù)通過(guò)獲得的各個(gè)推進(jìn)器控制力矩與不同時(shí)間系數(shù)的組合得到實(shí)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(fù)向控制力矩所采用可行方案的優(yōu)先級(jí)，效率越高，對(duì)應(yīng)可行方案優(yōu)先級(jí)越高；根據(jù)實(shí)際控制信號(hào)和確定的優(yōu)先級(jí)最高的可行方案，確定推進(jìn)器工作時(shí)間向量。用于采用推進(jìn)器對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)控制。
【IPC分類】B64G1-24
【公開(kāi)號(hào)】CN104590587
【申請(qǐng)?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(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年11月27日