專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于推力器和動(dòng)量輪聯(lián)合的三軸角速度阻尼控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星姿態(tài)控制方法，特別是適用于衛(wèi)星在滾動(dòng)或偏航推力器無(wú)法正常工作時(shí)的三軸角速度阻尼控制方法。
背景技術(shù)：
在軌衛(wèi)星一般具有噴氣控制(推力器)和基于角動(dòng)量交換裝置(如飛輪/動(dòng)量輪、控制力矩陀螺等)控制兩種方式?；诮莿?dòng)量交換裝置的控制由于受限角動(dòng)量約束，一般僅用于正常情況下的姿態(tài)控制。噴氣控制具有力矩大且無(wú)角動(dòng)量的約束，對(duì)于大的星體初始姿態(tài)角速度均可有效地阻尼下來(lái)。在衛(wèi)星入軌初期通過(guò)噴氣控制阻尼星體角速度到一定范圍內(nèi)，再接入角動(dòng)量交換裝置。除此之外，噴氣控制還往往用于系統(tǒng)異常下的對(duì)日安全應(yīng)急等模式、以及安全模式轉(zhuǎn)正常對(duì)地等場(chǎng)合的三軸姿態(tài)控制，因此，除了角動(dòng)量交換裝置外目前在軌航天器在三軸上均配置噴氣推力器。航天器在軌運(yùn)行過(guò)程中，一旦星體某軸噴氣推力器無(wú)法正常工作時(shí)，在該情況下仍?xún)H采用推力器進(jìn)行航天器角速度阻尼控制，則該控制問(wèn)題成為一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)控制問(wèn)題，使得問(wèn)題變得格外復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)航天器三軸姿態(tài)角速度阻尼控制問(wèn)題，考慮當(dāng)滾動(dòng)或偏航軸推力器無(wú)法正常工作情況下，提供一種算法簡(jiǎn)單有效的基于推力器和動(dòng)量輪聯(lián)合的三軸角速度阻尼控制方法，以實(shí)現(xiàn)航天器成功接入動(dòng)量輪控制。本發(fā)明包括如下技術(shù)方案:一種基于推力器和動(dòng)量輪聯(lián)合的三軸角速度阻尼控制方法，所述三軸角速度阻尼控制方法包括俯仰軸、偏航軸和滾動(dòng)軸的角速度阻尼控制方法；滾動(dòng)和偏航軸中的一個(gè)軸推力器工作不正常，另一個(gè)軸的推力器工作正常；對(duì)于推力器工作正常的軸的角速度阻尼控制方法如下:判斷推力器工作正常的軸的角動(dòng)量分量幅值大小是否大于第一角動(dòng)量閾值Hmaxl,當(dāng)推力器工作正常的軸的角動(dòng)量分量幅值大小大于第一角動(dòng)量閾值Hmaxl時(shí)，用推力器工作正常的軸的推力器進(jìn)行噴氣控制以便對(duì)推力器工作正常的軸的角動(dòng)量進(jìn)行卸載；否則，采用動(dòng)量輪控制律計(jì)算推力器工作正常的軸的動(dòng)量輪控制力矩；對(duì)于推力器工作不正常的軸的角速度阻尼控制方法如下:判斷推力器工作不正常的軸的角動(dòng)量分量幅值大小是否大于第二角動(dòng)量閾值Hmax2,當(dāng)推力器工作不正常的軸的角動(dòng)量分量幅值大小大于第二角動(dòng)量閾值Hmax2時(shí)，則置工作不正常的軸的姿態(tài)角和姿態(tài)角速率為零，并根據(jù)動(dòng)量輪控制律計(jì)算工作不正常的軸的動(dòng)量輪控制力矩；否則按實(shí)際的工作不正常的軸的姿態(tài)角和姿態(tài)角速率根據(jù)動(dòng)量輪控制律計(jì)算工作不正常的軸的動(dòng)量輪控制力矩；俯仰軸的角速度阻尼控制方法為:根據(jù)俯仰軸實(shí)際角速度和期望角速度采用相平面控制律確定俯仰軸推力器噴氣控制力矩，通過(guò)俯仰軸推力器將衛(wèi)星俯仰軸角速度維持在期望角速度附近。對(duì)于滾動(dòng)軸和偏航軸的動(dòng)量輪控制律的公式如下:
權(quán)利要求
1.一種基于推力器和動(dòng)量輪聯(lián)合的三軸角速度阻尼控制方法，所述三軸角速度阻尼控制方法包括俯仰軸、偏航軸和滾動(dòng)軸的角速度阻尼控制方法；滾動(dòng)和偏航軸中的一個(gè)軸推力器工作不正常，另一個(gè)軸的推力器工作正常；其特征在于， 對(duì)于推力器工作正常的軸的角速度阻尼控制方法如下:判斷推力器工作正常的軸的角動(dòng)量分量幅值大小是否大于第一角動(dòng)量閾值Hmaxl,當(dāng)推力器工作正常的軸的角動(dòng)量分量幅值大小大于第一角動(dòng)量閾值Hmaxl時(shí)，用推力器工作正常的軸的推力器進(jìn)行噴氣控制以便對(duì)推力器工作正常的軸的角動(dòng)量進(jìn)行卸載；否則，采用動(dòng)量輪控制律計(jì)算推力器工作正常的軸的動(dòng)量輪控制力矩； 對(duì)于推力器工作不正常的軸的角速度阻尼控制方法如下:判斷推力器工作不正常的軸的角動(dòng)量分量幅值大小是否大于第二角動(dòng)量閾值Hmax2，當(dāng)推力器工作不正常的軸的角動(dòng)量分量幅值大小大于第二角動(dòng)量閾值Hmax2時(shí)，則置工作不正常的軸的姿態(tài)角和姿態(tài)角速率為零，并根據(jù)動(dòng)量輪控制律計(jì)算工作不正常的軸的動(dòng)量輪控制力矩；否則按實(shí)際的工作不正常的軸的姿態(tài)角和姿態(tài)角速率根據(jù)動(dòng)量輪控制律計(jì)算工作不正常的軸的動(dòng)量輪控制力矩； 俯仰軸的角速度阻尼控制方法為:根據(jù)俯仰軸實(shí)際角速度和期望角速度采用相平面控制律確定俯仰軸推力器噴氣控制力矩，通過(guò)俯仰軸推力器將衛(wèi)星俯仰軸角速度維持在期望角速度附近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于推力器和動(dòng)量輪聯(lián)合的三軸角速度阻尼控制方法，其特征在于， 動(dòng)量輪控制律的公式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于推力器和動(dòng)量輪聯(lián)合的三軸角速度阻尼控制方法，其特征在于，對(duì)推力器工作正常的軸的角動(dòng)量進(jìn)行卸載的方法如下: 首先，根據(jù)動(dòng)量輪的角動(dòng)量在推力器工作正常的軸的角動(dòng)量分量，將所述角動(dòng)量分量與標(biāo)稱(chēng)角動(dòng)量做差得到角動(dòng)量偏差； 然后，根據(jù)所述角動(dòng)量偏差確定動(dòng)量輪在推力器工作正常的軸的控制力矩； 最后，根據(jù)推力器工作正常的軸的姿態(tài)角偏差及角速度偏差采用相平面控制率計(jì)算出推力器工作正常的軸的噴氣控制力矩。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于推力器和動(dòng)量輪聯(lián)合的三軸角速度阻尼控制方法；對(duì)于推力器工作正常的軸，判斷該軸的角動(dòng)量分量幅值大小是否大于第一角動(dòng)量閾值，當(dāng)大于第一角動(dòng)量閾值時(shí)，用該軸的推力器進(jìn)行噴氣控制以便對(duì)推力器工作正常的軸的角動(dòng)量進(jìn)行卸載；否則，采用動(dòng)量輪控制律計(jì)算該軸的動(dòng)量輪控制力矩；對(duì)于推力器工作不正常的軸，判斷該軸的角動(dòng)量分量幅值大小是否大于第二角動(dòng)量閾值，當(dāng)大于第二角動(dòng)量閾值時(shí)，則置該軸的姿態(tài)角和姿態(tài)角速率為零，并根據(jù)動(dòng)量輪控制律計(jì)算該的軸的動(dòng)量輪控制力矩；否則按實(shí)際的工作不正常的軸的姿態(tài)角和姿態(tài)角速率計(jì)算該軸的動(dòng)量輪控制力矩。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單有效，能夠?qū)崿F(xiàn)航天器成功接入動(dòng)量輪控制。
文檔編號(hào)B64G1/24GK103112602SQ20131003534
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者袁利, 陳義慶, 魏春嶺, 何英姿, 宗紅, 袁軍, 李明群, 雷擁軍, 王淑一, 王新民 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所