噴氣； 步驟走、利用Matl油/simulink中的姿態(tài)控制推力器選擇模塊根據(jù)衛(wèi)星X、Y和Z的H 通道的軌控脈寬的正負向確定姿態(tài)控制推力器，限定X、Y和Z H通道的姿態(tài)控制允許采用 的姿態(tài)控制推力器的范圍； 步驟八、利用Matl油/simulink中的控制算法處理模塊根據(jù)姿態(tài)解算模塊得到的誤差 四元數(shù)信息和誤差角速度信息，結(jié)合推力器選擇模塊指令，確定X、Y和Z H個通道在采樣 周期內(nèi)允許使用的姿態(tài)推力器的觸發(fā)信號和采樣周期內(nèi)相應(yīng)通道的姿態(tài)控制噴氣時間；其 中，X、Y和Z H個通道的姿態(tài)控制模塊，由PID算法與噴氣指令形成模塊組成；PID算法的 輸出期望的控制力矩，噴氣指令形成模塊則是結(jié)合具體任務(wù)給出等效控制姿態(tài)的噴氣時間 長度和給出相應(yīng)的姿控推力器觸發(fā)信號； 步驟九、推力融合實現(xiàn)模塊的輸入為采樣周期內(nèi)相應(yīng)通道的姿態(tài)控制噴氣時間、所應(yīng) 當采用的推力器的觸發(fā)信號W及步驟五得到的軌道控制噴氣時間信息，并輸出利用按照脈 寬調(diào)制方法得到采樣周期內(nèi)的推力器的等效力矩值；即完成了一種基于隔離余量方法與脈 寬融合策略的挽性衛(wèi)星姿態(tài)軌道禪合控制方法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于隔離余量方法與脈寬融合策略的挽性衛(wèi)星姿態(tài)軌道 禪合控制方法，其特征在于；步驟一中所述的轉(zhuǎn)動部分的干擾力矩為：
表示轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)速，為轉(zhuǎn)動部分相對原點的慣量陣的分量；轉(zhuǎn)動部分的干擾 力矩T,b T,bx、T；by、分別為在對應(yīng)的X，y，Z軸的分量； 所述的火工品解鎖對本體造成的干擾力矩的內(nèi)干擾力矩式為：
表示火工品轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速，I為火工品相對原點的慣量陣的分量； 所述的分離體分離力矩包括小衛(wèi)星分離干擾力矩和模擬載荷分離干擾力矩組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于隔離余量方法與脈寬融合策略的挽性衛(wèi)星姿態(tài)軌道 禪合控制方法，其特征在于；步驟一中建立帆板鎖定且衛(wèi)星不控的動力學(xué)模型具體為： (1)帶挽性太陽帆板附件的衛(wèi)星動力學(xué)模態(tài)方程為：
其中，

兩；帆板A的模態(tài)坐標；巧=[巧? /；v ]; 而：帆板A轉(zhuǎn)動角速度 Rw:為帆板轉(zhuǎn)動與整星轉(zhuǎn)動禪合慣性并矢 F,;為帆板A振動對整星相對衛(wèi)星本體系的轉(zhuǎn)動禪合系數(shù)矩陣 為整星轉(zhuǎn)動與帆板轉(zhuǎn)動禪合慣性并矢 Fa;為帆板A振動對帆板相對衛(wèi)星本體系的轉(zhuǎn)動禪合系數(shù)矩陣 I。:帆板A相對0 P1慣性并矢的矩陣表示； A:帆板A模態(tài)振型頻率，A=diag(A。，A22，…，Aww);A?下角標N為振型階數(shù)； 客：帆板A挽性模態(tài)的阻尼系數(shù)； ^為帆板受到的本體提供的驅(qū)動力矩即帆板A關(guān)于Opi的旋轉(zhuǎn)力矩； (2)帆板鎖定且衛(wèi)星不控的動力學(xué)模型為：
其中，Ai為帆板i模態(tài)振型頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于隔離余量方法與脈寬融合策略的挽性衛(wèi)星姿態(tài)軌道 禪合控制方法，其特征在于：步驟二中根據(jù)帆板鎖定且衛(wèi)星不控的動力學(xué)模型參數(shù)配置32 臺具有推力性能的雙組元發(fā)動機即推力器，確定推力器安裝位置坐標具體過程為： (1) 姿態(tài)控制即姿控推力器使用策略； a. 姿控X軸推力器的選擇： 1) 軌控Z軸正噴或不噴，姿控X軸選用9a或12a進行控制； 2) 軌控Z軸負噴，姿控X軸選用16a或13a進行控制； b. 姿控Y軸推力器的選擇： 1. Z方向正噴，姿控Y軸選用10a+12a或9a+lla進行控制； 2. Z方向負噴，姿控Y軸選用13a+15a或14a+16a進行控制； 3) 軌控X方向正噴，姿控Y軸選用2a或la進行控制； 4) 其它情況下，姿控Y軸選用10a+13a或lla+16a進行控制； C.姿控Z軸推力器的選擇： 1) 軌控Y方向正噴或不噴，姿控Z軸選用7a或8a進行控制； 2) 軌控Y軸負噴，姿控Z軸選用6a或5a進行控制； (2) 推力融合； a. Z軸軌控脈寬由于分配到4個推力器，對于Z軸軌控的8個推力器進行姿軌控推力脈 寬疊加； b. 對于存在軌控脈寬為1個采樣周期的5a或6a該對推力器，與姿控相應(yīng)脈寬疊加后， 進行W下處理： 1)若疊加后5a脈寬超過了 1個采樣周期，則將5a脈寬限幅到1個采樣周期，6a脈寬 扣除5a超過1個采樣周期的脈寬，根據(jù)5a和6a的脈寬，確定5a和6a推力器的工作時間；
2) 若疊加后6a脈寬超過了 1個采樣周期，則將6a脈寬限幅到1個采樣周期，5a扣除 6a超過了 1個采樣周期的脈寬，確定5a和6a推力器的工作時間； 3) 若疊加后兩個推力器均沒有超過1個采樣周期，則直接輸出疊加后的脈寬為推力器 的工作時間； C. la/2a，7a/8a該兩對推力器的融合算法同5a/6a ; d.確定推力器安裝位置坐標。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于隔離余量方法與脈寬融合策略的挽性衛(wèi)星姿態(tài)軌道 禪合控制方法，其特征在于：步驟H中利用LQG序列根據(jù)衛(wèi)星的工況參數(shù)進行隔離余量計 算，確定IM的值具體過程為： (1) 對計算機隨機產(chǎn)生多組LQG序列，對給定的LQG序列根據(jù)衛(wèi)星的工況參數(shù)進行隔 離余量計算；設(shè)在每一個星載計算機采樣周期內(nèi)，X、Y和Z各軸的推力器對X、Y或Z軸產(chǎn) 生的第i個干擾力矩卒，并在采樣周期內(nèi)持續(xù)時間Ti，用來進行姿控的最大脈寬為采樣周 期內(nèi)的隔離值T。k。，執(zhí)行力矩S，第i個干擾力矩卒，采樣周期內(nèi)持續(xù)時間Ti，如果St。,。和 ^，7；異號，則由公式
叫做采樣周期內(nèi)的隔離余量； (2) 若IM〉0,則稱為過余量；若IM = 0,則稱為平余量；若IM<0,則稱為欠余量； (3) 采樣周期內(nèi)的隔離值T。^。的計算 a、 W推力器為執(zhí)行機構(gòu)的衛(wèi)星，從采樣周期T的開始，姿態(tài)控制器將給出在采樣周期T 內(nèi)需要的理想姿控脈寬L ^。。1; b、 L ided與本周期要求的軌控脈寬T tided疊加；在采樣周期T ; C、設(shè)負責X，Y或Z軸在任意方向的推力器組同時用于軌道控制的共同的脈沖寬度叫實 際脈寬了"。。1; d、對衛(wèi)星某軸，稱推力器在采樣周期內(nèi)的除用來軌控的實際脈寬L uai外，用來進行姿 控的最大脈寬為采樣周期內(nèi)的隔離值L k。，且設(shè)L T-T。,。。1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于隔離余量方法與脈寬融合策略的挽性衛(wèi)星姿態(tài)軌道 禪合控制方法，其特征在于；步驟四中如果IM〉0衛(wèi)星姿態(tài)可控，則基于四元數(shù)和角速度反 饋姿態(tài)控制律進行控制律設(shè)計具體過程： (1) 衛(wèi)星的動力學(xué)方程： 把帆板的影響考慮為干擾，剛性衛(wèi)星的動力學(xué)方程為：
其中，J為衛(wèi)星的轉(zhuǎn)動慣量，；為控制變量，5為干擾， (2) 姿態(tài)控制律設(shè)計： 定義誤差四元數(shù)另表示四元數(shù)毒與指令四元數(shù)瓦之差；


設(shè)計控制律為；M=帖x]J?巧-^ y 其中控制參數(shù)kp〉0，kd〉0; (3)姿態(tài)控制律穩(wěn)定性證明： 選取正定的Lyapunov函數(shù)：
對時間求全導(dǎo)數(shù)將非線性系統(tǒng)公式代入，即；
根據(jù)LaSalle不變原理證明閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)滿足lim,_礦,心）=[0 0 of，即


【專利摘要】一種基于隔離余量方法與脈寬融合策略的撓性衛(wèi)星姿態(tài)軌道耦合控制方法，本發(fā)明涉及撓性衛(wèi)星姿態(tài)軌道耦合控制領(lǐng)域。本發(fā)明是要解決衛(wèi)星在軌期間的姿態(tài)和軌道控制過程中飛輪將會無法控制沒有給出相應(yīng)的推力器的布局、沒有考慮羽流的影響和轉(zhuǎn)動慣量的拉偏、沒有考慮隔離余量以及姿態(tài)沒有達到要求的問題，該方法是通過1獲得帆板鎖定且衛(wèi)星不控的動力學(xué)模型參數(shù)；2確定推力器安裝位置坐標；3確定IM的值；4得出軌控LQG序列；5確定出軌控脈寬及噴氣方向；6選擇姿態(tài)控制的推力器噴氣；7確定姿態(tài)控制推力器的范圍；8確定姿態(tài)控制噴氣時間；9得到等效力矩值等步驟實現(xiàn)的。本發(fā)明應(yīng)用于撓性衛(wèi)星姿態(tài)軌道耦合控制領(lǐng)域。
【IPC分類】B64G1-24
【公開號】CN104590588
【申請?zhí)枴緾N201410735250
【發(fā)明人】孫延超, 劉萌萌, 馬廣富, 王曉東, 李傳江, 朱津津
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月4日