本發(fā)明涉及單框架控制力矩陀螺故障(sgcmg)在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種基于魯棒偽逆操縱率的sgcmg故障在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

隨著空間技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代衛(wèi)星結(jié)構(gòu)尺寸越來(lái)越復(fù)雜，星體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，且具有快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)的要求，對(duì)星上執(zhí)行機(jī)構(gòu)提出了輸出角動(dòng)量大，力矩輸出大的要求。單框架控制力矩陀螺通過(guò)控制外框架轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠在較短時(shí)間內(nèi)將較高角動(dòng)量控制到要求目標(biāo)指向，且輸出連續(xù)的、較精確的力矩，輸出力矩的范圍大，能夠滿足大慣量衛(wèi)星大角度姿態(tài)快速機(jī)動(dòng)要求同時(shí)滿足高精度高穩(wěn)定度指標(biāo)。

整個(gè)單框架力矩陀螺包括三大部分：即內(nèi)轉(zhuǎn)子飛輪、內(nèi)框架系統(tǒng)、外框架系統(tǒng)，內(nèi)轉(zhuǎn)子飛輪安裝在內(nèi)框架上，以恒定高速旋轉(zhuǎn)；內(nèi)框架安裝在外框架上，并低速旋轉(zhuǎn)。內(nèi)框架高速轉(zhuǎn)動(dòng)的輪體以固定的轉(zhuǎn)速保持角動(dòng)量，通過(guò)控制外框架轉(zhuǎn)動(dòng)，在垂直于框架與輪體角動(dòng)量的方向產(chǎn)生陀螺力矩：

式中：為外框架轉(zhuǎn)動(dòng)速度，h為控制力矩陀螺的輪體角動(dòng)量，陀螺力矩tsgcmg作用到星體上使得運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化。

根據(jù)sgcmg的力矩特性，當(dāng)進(jìn)行單軸控制時(shí)，至少需要兩個(gè)sgcmg(如圖1所示，星體z向采用兩個(gè)控制力矩陀螺，x、y向采用反作用飛輪控制)；當(dāng)進(jìn)行三軸姿態(tài)控制時(shí)，至少需要三個(gè)sgcmg，又由于sgcmgs自身固有的奇異問(wèn)題，需要附加冗余度來(lái)解決，因此要實(shí)現(xiàn)三軸姿態(tài)控制則系統(tǒng)需要配置4個(gè)或4個(gè)以上的控制力矩陀螺構(gòu)成控制力矩陀螺群(sgcmgs)(如圖2和圖3所示的五棱錐構(gòu)型和金字塔構(gòu)型)。

故由于控制力矩陀螺的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在軌容易發(fā)生的故障狀況多，在軌使用時(shí)易出現(xiàn)以下故障：通斷狀態(tài)、內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、通訊故障、外框架卡死、外框轉(zhuǎn)速不變，當(dāng)發(fā)生上述故障時(shí)，將會(huì)對(duì)星體姿態(tài)帶來(lái)較大影響，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)影響整星任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于魯棒偽逆操縱率的sgcmg故障在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法，通過(guò)星上算法自主智能設(shè)計(jì)，它能夠在n-3個(gè)(n為控制力矩陀螺群中sgcmg的個(gè)數(shù))sgcmg故障下也能基本保證星體姿態(tài)的正常對(duì)地控制，從而有效提高衛(wèi)星在軌實(shí)時(shí)自主診斷能力，減少對(duì)地面的依賴，避免地面解決措施的延時(shí)，增強(qiáng)安全性，降低整星風(fēng)險(xiǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于魯棒偽逆操縱率的sgcmg故障在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法，包含以下步驟：

步驟s1、根據(jù)控制力矩陀螺群的構(gòu)型和各個(gè)陀螺框架軸的方向，確定陀螺群的角動(dòng)量h和力矩輸出矩陣c；

步驟s2、根據(jù)最小化偽逆解和奇異可控原則設(shè)計(jì)控制力矩陀螺外框架轉(zhuǎn)速魯棒偽逆操縱率；

步驟s3、對(duì)衛(wèi)星在軌控制力矩陀螺故障進(jìn)行自主診斷與預(yù)案執(zhí)行；當(dāng)所述故障為通斷故障時(shí)，執(zhí)行步驟s4；當(dāng)所述故障為內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定故障時(shí)，執(zhí)行步驟s5；當(dāng)所述故障為通訊故障時(shí)，執(zhí)行步驟s6；當(dāng)所述故障為外框架卡死故障時(shí)，執(zhí)行步驟s7；當(dāng)所述故障為外框架轉(zhuǎn)速不變故障時(shí)，執(zhí)行步驟s8；

步驟s4、對(duì)控制力矩陀螺的通斷故障進(jìn)行星上自主診斷，魯棒偽逆操縱率智能切換解算正?？刂屏赝勇莸耐饪蚣苻D(zhuǎn)速指令；

步驟s5、對(duì)控制力矩陀螺的內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定故障進(jìn)行星上自主診斷，魯棒偽逆操縱率根據(jù)采集的控制力矩陀螺內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速自主解算控制力矩陀螺角動(dòng)量輸出，并解算控制力矩陀螺的外框架轉(zhuǎn)速指令；

步驟s6、對(duì)控制力矩陀螺的通訊故障進(jìn)行星上自主診斷，魯棒偽逆操縱率進(jìn)行故障控制力矩陀螺外框架角位置遞推，計(jì)算故障控制力矩陀螺的力矩輸出tsgcmgi，并根據(jù)控制力矩指令解算出正常控制力矩陀螺的外框架轉(zhuǎn)速指令；

步驟s7、對(duì)控制力矩陀螺的外框架卡死故障進(jìn)行星上自主診斷，魯棒偽逆操縱率控制力矩指令進(jìn)行正?？刂屏赝勇莸耐饪蚣芙俏恢忙膇和外框架角速度解算，調(diào)節(jié)正常控制力矩陀螺的外框架角位置，使得整個(gè)控制力矩陀螺角動(dòng)量輸出平衡；

步驟s8、對(duì)控制力矩陀螺的外框架轉(zhuǎn)速不變故障進(jìn)行星上自主診斷，魯棒偽逆操縱率根據(jù)采集到的故障控制力矩陀螺外框架角位置δi和角速度信息，計(jì)算出故障控制力矩陀螺的力矩輸出tsgcmgi，并根據(jù)控制力矩指令解算出正?？刂屏赝勇莸耐饪蚣苻D(zhuǎn)速指令

上述的基于魯棒偽逆操縱率的sgcmg故障在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法，其中，所述陀螺群的角動(dòng)量h為：

h＝h0(asinδ+bcosδ)e(2)

式中h0為sgcmg內(nèi)轉(zhuǎn)子的額定角動(dòng)量，矩陣a，b的元素僅與安裝有關(guān)，第i列矢量是框架角為90°和0°時(shí)第i個(gè)陀螺的角動(dòng)量單位矢量，

sinδ，cosδ為框架角的正、余弦對(duì)角陣：

e為n維單位矢量，e＝(11…1)^t；

所述陀螺群的力矩輸出矩陣c為：c＝acosδ-bsinδ。

上述的基于魯棒偽逆操縱率的sgcmg故障在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法，其中，所述控制力矩陀螺外框架轉(zhuǎn)速魯棒偽逆操縱率為：

式中α為權(quán)系數(shù)，tc為星上計(jì)算機(jī)計(jì)算出來(lái)的控制力矩指令，e是3×3單位陣，為控制力矩陀螺的外框架轉(zhuǎn)速指令。

上述的基于魯棒偽逆操縱率的sgcmg故障在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法，其中，所述的步驟s4具體包含以下步驟：

步驟s41、給接入系統(tǒng)的控制力矩陀螺發(fā)加電指令后，若連續(xù)δt次星上計(jì)算機(jī)采集到控制力矩陀螺i通斷狀態(tài)為斷開，則判定當(dāng)前使用的控制力矩陀螺i出現(xiàn)故障，置故障狀態(tài)標(biāo)志fsgcmgi為1；

步驟s42、控制力矩陀螺i通斷故障發(fā)生后，星上自主將魯棒偽逆操縱率中力矩輸出矩陣c中的對(duì)應(yīng)的控制ci列置零處理，相應(yīng)h向量中對(duì)應(yīng)的控制力矩陀螺內(nèi)轉(zhuǎn)子角動(dòng)量采用額定角動(dòng)量數(shù)值替換；魯棒偽逆操縱率根據(jù)新的力矩輸出矩陣解算出正常控制力矩陀螺的外框架指令轉(zhuǎn)速。

上述的基于魯棒偽逆操縱率的sgcmg故障在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法，其中，所述的步驟s5具體包含以下步驟：

步驟s51、若連續(xù)δt次發(fā)生當(dāng)前拍遙測(cè)控制力矩陀螺i內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速wi與額定轉(zhuǎn)速的差值大于δw，則判定當(dāng)前使用的控制力矩陀螺的內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速出現(xiàn)故障，置故障狀態(tài)標(biāo)志fsgcmgi為1；

步驟s52、星上計(jì)算機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)采集到的內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速wi，實(shí)時(shí)計(jì)算出內(nèi)轉(zhuǎn)子的輸出角動(dòng)量；將魯棒偽逆操縱率式中的常數(shù)h0用向量h替換，將計(jì)算得到的各個(gè)控制力矩陀螺內(nèi)轉(zhuǎn)子輸出角動(dòng)量代入魯棒偽逆算法的h向量中，解算出各個(gè)陀螺的轉(zhuǎn)速指令，使得整個(gè)星體的輸出力矩與期望力矩等價(jià)，從而保證星體姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)；內(nèi)轉(zhuǎn)子角動(dòng)量向量計(jì)算如下：

式中ji為內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為控制力矩陀螺參數(shù)，已知常量；將此h代入控制力矩陀螺偽逆操縱率中，計(jì)算中按照

魯棒偽逆操縱率更改為：

式中符號(hào).*的運(yùn)算規(guī)則表示如下假定向量則

上述的基于魯棒偽逆操縱率的sgcmg故障在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法，其中，所述的步驟s6具體包含以下步驟：

步驟s61、若星上計(jì)算機(jī)在與控制力矩陀螺i的通訊中發(fā)生奇偶校驗(yàn)、識(shí)別碼、校驗(yàn)字節(jié)的通訊錯(cuò)誤或通訊中斷時(shí)，則本次數(shù)據(jù)異常；若連續(xù)δt次發(fā)生通訊錯(cuò)誤，則判定當(dāng)前使用的控制力矩陀螺i出現(xiàn)通訊故障，置故障狀態(tài)標(biāo)志fsgcmgi為1；

步驟s62、星上診斷通訊故障發(fā)生后，姿軌控計(jì)算機(jī)以通訊故障發(fā)生前一拍t0采集的控制力矩陀螺i的框架角位置δ0和框架角速度信息進(jìn)行控制力矩陀螺i當(dāng)前框架角位置信息遞推，實(shí)時(shí)積分運(yùn)算控制力矩陀螺i的框架角位置δi：t表示當(dāng)前時(shí)刻，根據(jù)遞推出來(lái)的控制力矩陀螺i的框架角位置δi和通訊故障下保持不變前一拍的框架角速度信息控制力矩陀螺i的力矩輸出如下所示：

式中hi的計(jì)算見步驟1，gi為控制力矩陀螺i的框架軸矢量；

將魯棒偽逆操縱率中的控制力矩指令t更改為：

t′c＝tc-tsgcmgi(7)

魯棒偽逆操縱率更改如下：

將c矩陣的第i列ci置零，向量h中的第i個(gè)元素hi取為控制力矩陀螺的額定內(nèi)轉(zhuǎn)子角動(dòng)量數(shù)值h0，tc為星上計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)的控制力矩指令。

上述的基于魯棒偽逆操縱率的sgcmg故障在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法，其中，所述的步驟s7具體包含以下步驟：

步驟s71、若在通訊正常下，星上計(jì)算機(jī)連續(xù)δt次采得控制力矩陀螺i的外框架轉(zhuǎn)角δi不變，且外框架轉(zhuǎn)速為零，則判斷控制力矩陀螺i外框架發(fā)生卡死故障，置故障標(biāo)志fsgcmgi為1；

步驟s72、當(dāng)控制力矩陀螺i的外框架突然卡死，保持當(dāng)前位置不變，魯棒偽逆操縱率根據(jù)當(dāng)前的采集的各個(gè)控制力矩陀螺外框角位置信息實(shí)時(shí)解算出各個(gè)控制力矩陀螺外框架角速度的指令，控制力矩陀螺i不響應(yīng)，剩余正常控制力矩陀螺響應(yīng)外框架指令角速度輸出，在星體三軸輸出額外力矩，帶來(lái)星體姿態(tài)角和姿態(tài)角速度變化，星上計(jì)算機(jī)根據(jù)姿態(tài)角偏差和姿態(tài)角速度偏差實(shí)時(shí)解算出控制力矩指令tc，剩余正?？刂屏赝勇莶粩噙M(jìn)行外框架角位置調(diào)節(jié)，最后轉(zhuǎn)至和故障控制力矩陀螺i角動(dòng)量輸出的對(duì)稱狀態(tài)，使得整個(gè)控制力矩陀螺群輸出的角動(dòng)量為零，從而保證星體姿態(tài)的穩(wěn)定。

上述的基于魯棒偽逆操縱率的sgcmg故障在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法，其中，所述的步驟s8具體包含以下步驟：

步驟s81、若在通訊正常下，星上計(jì)算機(jī)連續(xù)δt次采得控制力矩陀螺i的外框架轉(zhuǎn)速不變，則判斷控制力矩陀螺i外框架轉(zhuǎn)速不變故障，置故障標(biāo)志fsgcmgi為1。

步驟s82、星上計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的故障控制力矩陀螺i的框架角δi，和框架轉(zhuǎn)速解算出控制力矩陀螺i的力矩輸出，魯棒偽逆解算中將發(fā)生故障的控制力矩陀螺力矩輸出矩陣c中的ci列置零處理，根據(jù)星上控制算法計(jì)算的控制力矩指令和故障力矩陀螺的輸出力矩取反，一起作為星上剩余控制力矩陀螺群的指令力矩，進(jìn)行解算，從而保證星上的作用力矩與姿態(tài)控制期望力矩等價(jià)，星體姿態(tài)保持穩(wěn)定；

控制力矩陀螺i的力矩輸出如下所示：

式中hi的計(jì)算見步驟1，gi為控制力矩陀螺i的框架軸矢量；

將魯棒偽逆操縱率中的控制力矩指令tc更改為：

t′c＝tc-tsgcmgi(10)

魯棒偽逆操縱率更改如下：

將c矩陣的第i列ci置零，向量h中的第i個(gè)元素hi取為控制力矩陀螺的額定內(nèi)轉(zhuǎn)子角動(dòng)量數(shù)值h0，tc為星上計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)的控制力矩指令。

本發(fā)明采用的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：

可以在若干個(gè)控制力矩陀螺發(fā)生故障后星上操縱率能夠有效的保證星體的三軸姿態(tài)穩(wěn)定對(duì)地狀態(tài)，不需要進(jìn)行控制力矩陀螺的斷電切換操作，從而可以避免星體姿態(tài)失穩(wěn)后的進(jìn)入安全模式，保證了整星的安全性。

附圖說(shuō)明

圖1為單框架控制力矩陀螺與飛輪組合控制機(jī)構(gòu)配置示意圖；

圖2為單框架控制力矩陀螺群五棱錐構(gòu)型示意圖；

圖3為單框架控制力矩陀螺群金字塔構(gòu)型示意圖；

圖4為本發(fā)明單框架控制力矩陀螺群閉環(huán)控制框圖；

圖5為單框架控制力矩陀螺坐標(biāo)系示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，并不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

本發(fā)明提供了一種基于魯棒偽逆操縱率的sgcmg故障在軌預(yù)案設(shè)計(jì)方法，包含以下步驟：

步驟s1、根據(jù)控制力矩陀螺群的構(gòu)型和各個(gè)陀螺框架軸的方向，確定陀螺群的角動(dòng)量h和力矩輸出矩陣c；

步驟s2、根據(jù)最小化偽逆解和奇異可控原則設(shè)計(jì)控制力矩陀螺外框架轉(zhuǎn)速魯棒偽逆操縱率；

步驟s3、對(duì)衛(wèi)星在軌控制力矩陀螺故障進(jìn)行自主診斷與預(yù)案執(zhí)行；當(dāng)所述故障為通斷故障時(shí)，執(zhí)行步驟s4；當(dāng)所述故障為內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定故障時(shí)，執(zhí)行步驟s5；當(dāng)所述故障為通訊故障時(shí)，執(zhí)行步驟s6；當(dāng)所述故障為外框架卡死故障時(shí)，執(zhí)行步驟s7；當(dāng)所述故障為外框架轉(zhuǎn)速不變故障時(shí)，執(zhí)行步驟s8；

步驟s4、對(duì)控制力矩陀螺的通斷故障進(jìn)行星上自主診斷，魯棒偽逆操縱率智能切換解算正?？刂屏赝勇莸耐饪蚣苻D(zhuǎn)速指令；

步驟s5、對(duì)控制力矩陀螺的內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定故障進(jìn)行星上自主診斷，魯棒偽逆操縱率根據(jù)采集的控制力矩陀螺內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速自主解算控制力矩陀螺角動(dòng)量輸出，并解算控制力矩陀螺的外框架轉(zhuǎn)速指令；

步驟s6、對(duì)控制力矩陀螺的通訊故障進(jìn)行星上自主診斷，魯棒偽逆操縱率進(jìn)行故障控制力矩陀螺外框架角位置遞推，計(jì)算故障控制力矩陀螺的力矩輸出tsgcmgi，并根據(jù)控制力矩指令解算出正?？刂屏赝勇莸耐饪蚣苻D(zhuǎn)速指令；

步驟s7、對(duì)控制力矩陀螺的外框架卡死故障進(jìn)行星上自主診斷，魯棒偽逆操縱率控制力矩指令進(jìn)行正?？刂屏赝勇莸耐饪蚣芙俏恢忙膇和外框架角速度解算，調(diào)節(jié)正常控制力矩陀螺的外框架角位置，使得整個(gè)控制力矩陀螺角動(dòng)量輸出平衡；

步驟s8、對(duì)控制力矩陀螺的外框架轉(zhuǎn)速不變故障進(jìn)行星上自主診斷，魯棒偽逆操縱率根據(jù)采集到的故障控制力矩陀螺外框架角位置δi和角速度信息，計(jì)算出故障控制力矩陀螺的力矩輸出tsgcmgi，并根據(jù)控制力矩指令解算出正常控制力矩陀螺的外框架轉(zhuǎn)速指令

在步驟s1中，如圖4所示，為本發(fā)明單框架控制力矩陀螺群閉環(huán)控制框圖。定義單框架控制力矩陀螺基座坐標(biāo)系oxsyszs，當(dāng)框架角δ為零時(shí)，它與框架坐標(biāo)系oxgygzg重合。在基座坐標(biāo)系中，陀螺角動(dòng)量及其變化率為：

如圖5所示，為單框架控制力矩陀螺坐標(biāo)系示意圖。按陀螺群的構(gòu)型和每個(gè)陀螺框架軸的方向布置，確定第i個(gè)陀螺基座的安裝矩陣mi(i＝1,2,…,n)，得出陀螺群在星體坐標(biāo)系oxbybzb中的角動(dòng)量h(略去下標(biāo)b)為：

上式中i為陀螺序號(hào)，n為陀螺總數(shù)，f(δ)為框架角矢量δ＝(δ1,δ2,…,δn)^t的非線性函數(shù)。安裝矩陣mi為常系數(shù)矩陣，因此單個(gè)控制力矩陀螺在星體坐標(biāo)系中的角動(dòng)量一般形式可以寫成：

陀螺群的總的角動(dòng)量可以表達(dá)成：

h＝h0(asinδ+bcosδ)e(2)

式中h0為sgcmg內(nèi)轉(zhuǎn)子的額定角動(dòng)量，矩陣a，b的元素僅與安裝有關(guān)，第i列矢量是框架角為90°和0°時(shí)第i個(gè)陀螺的角動(dòng)量單位矢量，可寫成：

sinδ，cosδ為框架角的正、余弦對(duì)角陣：

e為n維單位矢量，e＝(11…1)^t。

在星體坐標(biāo)系中，陀螺群各陀螺框架轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的合成陀螺力矩tsgcmgs可以寫成：

式中，c(δ)為(3×n)維矩陣，是框架角的三角函數(shù)，c＝(c1、c2…cn)，可以寫成：

c＝acosδ-bsinδ(16)

有

其中列向量ci實(shí)為第i個(gè)力矩陀螺在星體坐標(biāo)的輸出力矩的單位矢量ti，按陀螺力矩的叉積規(guī)則，列矢量ci可寫成：

ci(δi)＝gi×wi(δi)(17)

因此，矩陣c為力矩陀螺群的力矩矩陣，力矩陀螺群的輸出力矩等于力矩矩陣c與框架轉(zhuǎn)速矢量的的乘積。

在步驟s2中，控制力矩陀螺群外框架角速度操縱率是陀螺群動(dòng)力學(xué)的逆問(wèn)題，根據(jù)陀螺群框架轉(zhuǎn)角的現(xiàn)況，將控制力矩指令解算得到控制力矩陀螺外框轉(zhuǎn)速指令，由于控制量的維數(shù)大于控制自由度，逆問(wèn)題的解不唯一，最優(yōu)解滿足力矩方程：

和優(yōu)化指標(biāo)為最小的偽逆解，其中α為權(quán)系數(shù)，上式優(yōu)化的意義包含控制力矩陀螺群的輸出力矩與指令力矩的差為最小，對(duì)上式求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為零，可得操縱律：

上式稱為魯棒偽逆操縱率，式中tc為星上計(jì)算機(jī)計(jì)算出來(lái)的控制力矩指令，ci為雅可比矩陣，e是3×3單位陣。當(dāng)α＝0，魯棒偽逆解等同于一般的偽逆解。由于引入權(quán)系數(shù)α，魯棒偽逆解含有小量力矩誤差，但在奇點(diǎn)處仍然可控。

在步驟s4中：

步驟s41、故障判讀：給接入系統(tǒng)的控制力矩陀螺發(fā)加電指令后，若連續(xù)δt(此值可在軌注數(shù)修改)次星上計(jì)算機(jī)采集到控制力矩陀螺i通斷狀態(tài)為斷開，則判定當(dāng)前使用的控制力矩陀螺i出現(xiàn)故障，置故障狀態(tài)標(biāo)志fsgcmgi為1。

步驟s42、預(yù)案設(shè)計(jì)：控制力矩陀螺i通斷故障發(fā)生后，星上自主將魯棒偽逆操縱率中力矩輸出矩陣c中的對(duì)應(yīng)的控制ci列置零處理，相應(yīng)h向量中對(duì)應(yīng)的控制力矩陀螺內(nèi)轉(zhuǎn)子角動(dòng)量采用額定角動(dòng)量數(shù)值替換。魯棒偽逆操縱率根據(jù)新的力矩輸出矩陣解算出正?？刂屏赝勇莸耐饪蚣苤噶钷D(zhuǎn)速。

在步驟s5中：

步驟s51、故障判讀：如果連續(xù)δt次發(fā)生當(dāng)前拍采得控制力矩陀螺i內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速wi與額定轉(zhuǎn)速的差值大于δw(此值可在軌注數(shù)修改)，則判定當(dāng)前使用的控制力矩陀螺的內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速出現(xiàn)故障，置故障狀態(tài)標(biāo)志fsgcmgi為1。

步驟s52、預(yù)案設(shè)計(jì)：魯棒偽逆算法中的h0為控制力矩陀螺內(nèi)轉(zhuǎn)子的額定角動(dòng)量值，在控制時(shí)若控制力矩陀螺i中內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，將會(huì)使輸出力矩與期望力矩相差太大，使得星體姿態(tài)不穩(wěn)定。星上計(jì)算機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)采集到的內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速wi，實(shí)時(shí)計(jì)算出內(nèi)轉(zhuǎn)子的輸出角動(dòng)量。將魯棒偽逆操縱率式中的常數(shù)h0用向量h替換，將計(jì)算得到的各個(gè)控制力矩陀螺內(nèi)轉(zhuǎn)子輸出角動(dòng)量代入魯棒偽逆算法的h向量中，解算出各個(gè)陀螺的轉(zhuǎn)速指令，使得整個(gè)星體的輸出力矩與期望力矩等價(jià)，從而保證星體姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)。內(nèi)轉(zhuǎn)子角動(dòng)量向量計(jì)算如下：

式中ji為內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為控制力矩陀螺參數(shù)，已知常量。將此h代入控制力矩陀螺偽逆操縱率中，計(jì)算中按照

魯棒偽逆操縱率更改為：

式中符號(hào).*的運(yùn)算規(guī)則表示如下假定向量則

在步驟s6中：

步驟s61、故障判讀：如果星上計(jì)算機(jī)在與控制力矩陀螺i的通訊中發(fā)生奇偶校驗(yàn)、識(shí)別碼、校驗(yàn)字節(jié)等通訊錯(cuò)誤或通訊中斷時(shí)，則本次數(shù)據(jù)異常。如果連續(xù)δt次發(fā)生通訊錯(cuò)誤，則判定當(dāng)前使用的控制力矩陀螺i出現(xiàn)通訊故障，置故障狀態(tài)標(biāo)志fsgcmgi為1。

發(fā)生通訊故障時(shí)，星上計(jì)算機(jī)與控制力矩陀螺i的狀態(tài)表現(xiàn)特征如下：1、控制力矩陀螺i不再接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的外框架角速度和外框架角度控制指令，繼續(xù)保持通訊故障發(fā)生前一拍的外框架角速度轉(zhuǎn)動(dòng)；2、姿軌控計(jì)算機(jī)采集不到控制力矩陀螺i的框架角速度和框架角位置信息。

步驟s62、預(yù)案設(shè)計(jì)：星上診斷通訊故障發(fā)生后，姿軌控計(jì)算機(jī)以通訊故障發(fā)生前一拍t0采集的控制力矩陀螺i的框架角位置δ0和框架角速度信息進(jìn)行控制力矩陀螺i當(dāng)前框架角位置信息遞推，實(shí)時(shí)積分運(yùn)算控制力矩陀螺i的框架角位置δi：t表示當(dāng)前時(shí)刻，根據(jù)遞推出來(lái)的控制力矩陀螺i的框架角位置δi和通訊故障下保持不變前一拍的框架角速度信息控制力矩陀螺i的力矩輸出如下所示：

式中hi的計(jì)算見步驟1，gi為控制力矩陀螺i的框架軸矢量。

將魯棒偽逆操縱率中的控制力矩指令t更改為：

t′c＝tc-tsgcmgi(7)

魯棒偽逆操縱率更改如下：

將c矩陣的第i列ci置零，向量h中的第i個(gè)元素hi取為控制力矩陀螺的額定內(nèi)轉(zhuǎn)子角動(dòng)量數(shù)值h0，tc為星上計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)的控制力矩指令。

在步驟s7中：

步驟s71、故障判讀：若在通訊正常下，星上計(jì)算機(jī)連續(xù)δt次采得控制力矩陀螺i的外框架轉(zhuǎn)角δi不變，且外框架轉(zhuǎn)速為零，則判斷控制力矩陀螺i外框架發(fā)生卡死故障，置故障標(biāo)志fsgcmgi為1。

步驟s72、預(yù)案設(shè)計(jì)：當(dāng)控制力矩陀螺i的外框架突然卡死，保持當(dāng)前位置不變，魯棒偽逆操縱率根據(jù)當(dāng)前的采集的各個(gè)控制力矩陀螺外框角位置信息實(shí)時(shí)解算出各個(gè)控制力矩陀螺外框架角速度的指令，控制力矩陀螺i不響應(yīng)，剩余正常控制力矩陀螺響應(yīng)外框架指令角速度輸出，就會(huì)在星體三軸輸出額外力矩，帶來(lái)星體姿態(tài)角和姿態(tài)角速度變化，星上計(jì)算機(jī)根據(jù)姿態(tài)角偏差和姿態(tài)角速度偏差實(shí)時(shí)解算出控制力矩指令tc，剩余正?？刂屏赝勇莶粩噙M(jìn)行外框架角位置調(diào)節(jié)，最后轉(zhuǎn)至和故障控制力矩陀螺i角動(dòng)量輸出的對(duì)稱狀態(tài)，使得整個(gè)控制力矩陀螺群輸出的角動(dòng)量為零，從而保證星體姿態(tài)的穩(wěn)定。

在步驟s8中：

步驟s81、故障判讀：若在通訊正常下，星上計(jì)算機(jī)連續(xù)δt次采得控制力矩陀螺i的外框架轉(zhuǎn)速不變，則判斷控制力矩陀螺i外框架轉(zhuǎn)速不變故障，置故障標(biāo)志fsgcmgi為1。

步驟s82、預(yù)案設(shè)計(jì)：星上計(jì)算機(jī)根據(jù)采集到的故障控制力矩陀螺i的框架角δi，和框架轉(zhuǎn)速解算出控制力矩陀螺i的力矩輸出，魯棒偽逆解算中將發(fā)生故障的控制力矩陀螺力矩輸出矩陣c中的ci列置零處理，根據(jù)星上控制算法計(jì)算的控制力矩指令和故障力矩陀螺的輸出力矩取反，一起作為星上剩余控制力矩陀螺群的指令力矩，進(jìn)行解算，從而保證星上的作用力矩與姿態(tài)控制期望力矩等價(jià)，星體姿態(tài)保持穩(wěn)定。

控制力矩陀螺i的力矩輸出如下所示：

式中hi的計(jì)算見步驟1，gi為控制力矩陀螺i的框架軸矢量。

將魯棒偽逆操縱率中的控制力矩指令tc更改為：

t′c＝tc-tsgcmgi(10)

魯棒偽逆操縱率更改如下：

將c矩陣的第i列ci置零，向量h中的第i個(gè)元素hi取為控制力矩陀螺的額定內(nèi)轉(zhuǎn)子角動(dòng)量數(shù)值h0，tc為星上計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)的控制力矩指令。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)星上算法自主智能設(shè)計(jì)，它能夠在n-3個(gè)(n為控制力矩陀螺群中sgcmg的個(gè)數(shù))sgcmg故障下也能基本保證星體姿態(tài)的正常對(duì)地控制，從而有效提高衛(wèi)星在軌實(shí)時(shí)自主診斷能力，減少對(duì)地面的依賴，避免地面解決措施的延時(shí)，增強(qiáng)安全性，降低整星風(fēng)險(xiǎn)。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。