一種軌控干擾自主抑制方法
【專利說(shuō)明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及航天器GNC分系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種在軌基于質(zhì)心估計(jì)主動(dòng) 抑制軌控干擾力矩從而降低平臺(tái)穩(wěn)定控制難度的方法，特別適用于有閉環(huán)軌控要求，且質(zhì) 心變化大或由于布局原因使軌控推力器不完全對(duì)稱的航天器。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 隨著航天技術(shù)的發(fā)展，航天器由于任務(wù)要求往往需要消耗大量的推進(jìn)劑，使星體 質(zhì)心逐步發(fā)生變化，這必然使推力器無(wú)法進(jìn)行全過(guò)程的對(duì)稱安裝；另外隨著航天器軌道機(jī) 動(dòng)任務(wù)的需求提高，往往要求航天器具備6個(gè)方向閉環(huán)軌控能力，此時(shí)軌控推力器不對(duì)稱 會(huì)加劇姿軌控耦合，對(duì)平臺(tái)的穩(wěn)定性控制帶來(lái)難度。
[0005] 本發(fā)明就是針對(duì)上述情況下的一種通過(guò)質(zhì)心估計(jì)從根源上主動(dòng)抑制軌控干擾力 矩的技術(shù)方法

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的計(jì)算量大問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種軌控干 擾自主抑制方法。本發(fā)明利用跟瞄單機(jī)輸出的相對(duì)目標(biāo)的位置信息對(duì)相對(duì)動(dòng)力學(xué)的相對(duì)位 置誤差和相對(duì)速度誤差進(jìn)行估計(jì)和修正。
[0007] 為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：提供 一種軌控干擾自主抑制方法，軌控指令噴氣根據(jù)當(dāng)前質(zhì)心位置重新分配主動(dòng)降低軌控干擾 力矩，包括如下步驟： 1) 星體質(zhì)心估計(jì) 統(tǒng)計(jì)推進(jìn)劑消耗量，根據(jù)地面測(cè)試確定質(zhì)心隨推進(jìn)劑消耗變化參數(shù)實(shí)時(shí)估計(jì)星體質(zhì) 心；根據(jù)軌控干擾力矩對(duì)估計(jì)的星體質(zhì)心進(jìn)行微修正； 2) 分配參數(shù)確定 根據(jù)當(dāng)前質(zhì)心位置，并結(jié)合一對(duì)軌控推力器的安裝位置，確定這對(duì)軌控推力器的脈寬 分配參數(shù)； 3) 軌控指令重新分配 根據(jù)確定的分配參數(shù)將上述的這對(duì)軌控推力脈寬重新分配。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： 通過(guò)將軌控指令噴氣根據(jù)質(zhì)心位置重新分配主動(dòng)降低軌控對(duì)星體的干擾力矩，從根源 上主動(dòng)降低軌控干擾力矩，而沒(méi)有額外姿控算法，方法簡(jiǎn)單、有效。
[0009]
【附圖說(shuō)明】
[0010] 通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它 特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯： 圖1為一種軌控干擾自主抑制方法流程圖； 圖2為質(zhì)心變化曲線示意圖（m)。
[0011]
【具體實(shí)施方式】
[0012] 參見示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以 許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是 為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。
[0013] 現(xiàn)參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的軌控干擾自主抑制方法，其步驟圖1所 示，圖2是本發(fā)明的質(zhì)心變化曲線，主要體現(xiàn)為X軸質(zhì)心變化。
[0014] 步驟一、星體質(zhì)心估計(jì) 1) 統(tǒng)計(jì)推進(jìn)劑消耗量，根據(jù)地面測(cè)試確定質(zhì)心隨推進(jìn)劑消耗變化參數(shù)實(shí)時(shí)估計(jì)星體質(zhì) 心 假設(shè)：初始質(zhì)心為
，質(zhì)心隨推進(jìn)劑消耗變化參數(shù)戈
，當(dāng)前 質(zhì)心消耗量為
； 那么估計(jì)得到的當(dāng)前周期質(zhì)汜 __ .
. -- 2) 根據(jù)軌控干擾力矩對(duì)估計(jì)的星體質(zhì)心進(jìn)行微修正 三軸分別進(jìn)行修正：其中X軸的質(zhì)心要依據(jù)Y軸和Z軸的軌控干擾力矩進(jìn)行修正；Y軸 的質(zhì)心要依據(jù)X軸和Z軸的軌控干擾力矩進(jìn)行修正；Z軸的質(zhì)心要依據(jù)X軸和Y軸的軌控 干擾力矩進(jìn)行修正。
[0015] 本發(fā)明以對(duì)X軸的質(zhì)心進(jìn)行修正為實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明： Y軸和Z軸的軌控推力均會(huì)由于相對(duì)X軸的質(zhì)心不對(duì)稱對(duì)星體產(chǎn)生干擾力矩，因此可以 通過(guò)其中一軸進(jìn)行估計(jì)，本發(fā)明的處理方法如下： ⑴若
根據(jù)Y軸軌控指令噴氣對(duì)Z軸產(chǎn)生的干擾力矩進(jìn)行估計(jì)： 根據(jù)本實(shí)例中推力器的布局及質(zhì)心位置，當(dāng)X軸質(zhì)心增大時(shí)，那么Y軸軌控正噴會(huì)Z軸 產(chǎn)生負(fù)方向的干擾力矩，因此在基于推進(jìn)劑消耗估計(jì)的質(zhì)心的基礎(chǔ)上需要修正值&^ (初始值為0):
式中：
-取Y軸軌控指令噴氣的符號(hào)，若
，若
貝1J
，否則
； 燈--的--Z軸為抑制干擾力矩產(chǎn)生的控制指令，單位為ms ;
-質(zhì)心修正參數(shù)，在軌可調(diào)整。
[0016] (2)否則若
根據(jù)Z軸軌控指令噴氣對(duì)Y軸產(chǎn)生的干擾力矩進(jìn)行估計(jì)： 根據(jù)本實(shí)例中推力器的布局及質(zhì)心位置，當(dāng)X軸質(zhì)心增大時(shí)，那么Z軸軌控正噴會(huì)Y軸產(chǎn) 生正方向的干擾力矩，因此在基于推進(jìn)劑消耗估計(jì)的質(zhì)心的基礎(chǔ)上需要修正值:
式中：
--取Z軸軌控指令噴氣的符號(hào)，
，若

.--Y軸為抑制干擾力矩產(chǎn)生的控制指令，單位為ms ;
--質(zhì)心修正參數(shù)，在軌可調(diào)整。
[0017] 3)經(jīng)過(guò)推進(jìn)劑消耗和軌控干擾力矩估計(jì)后的質(zhì)心《??〃：
步驟二、分配參數(shù)確定 Υ軸軌控推力器會(huì)由于在X方向不對(duì)稱對(duì)Ζ軸產(chǎn)生干擾力矩，同時(shí)也會(huì)由于在Ζ方向不 對(duì)稱對(duì)X軸產(chǎn)生干擾力矩，此時(shí)在確定分配參數(shù)時(shí)可選取產(chǎn)生干擾力矩大的方向。
[0018] 本實(shí)例中由于質(zhì)心變化主要體現(xiàn)在X軸，因此按照X方向的不對(duì)稱性進(jìn)行分配。假 設(shè)： Υ軸上的一對(duì)軌控推力器分別為推力器1、推力器2,指令噴氣均為
，且安裝位 置分別定義為、~設(shè)Μ」（布局坐標(biāo)系)，且在X方向的位置推力器2要遠(yuǎn)于推力器1。
[0019] 1)若
則說(shuō)明推力器2比推力器1在X方向上更接近于質(zhì)心，即在相同軌控指令噴氣情況下， 在Ζ方向產(chǎn)生的軌控干擾力矩絕對(duì)值推力器1要大于推力器2 ;因此為了減小干擾力矩，此 時(shí)推力器1的軌控指令噴氣應(yīng)小于推力器2的軌控指令噴氣；因此確定分配參數(shù)如下式所 示： 推力器1的比例參數(shù)：
； 推力器2的比例參數(shù)：
。
[0020] 2)若
則說(shuō)明推力器1比推力器2在X方向上更接近于質(zhì)心，即在相同軌控指令噴氣情況下， 在Ζ方向產(chǎn)生的軌控干擾力矩絕對(duì)值推力器2要大于推力器1 ;因此為了減小干擾力矩，此 時(shí)推力器2的軌控指令噴氣應(yīng)小于推力器1的軌控指令噴氣；因此確定分配參數(shù)如下式所 示： 推力器1的比例參數(shù)：
； 推力器2的比例參數(shù)：
。
[0021] 同理，Z軸軌控推力器在確定分配參數(shù)時(shí)采用同樣的方法。
[0022] 步驟三、軌控指令重新分配
經(jīng)過(guò)分配后一對(duì)軌控推力器1、2的軌控指令噴氣分別為 ..........：
經(jīng)過(guò)分配后的一對(duì)軌控指令噴氣總量可能會(huì)小于分配前的值，但由于航天器為閉環(huán)軌 控不影響最終的軌控效果。
[0023] 本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā) 明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種軌控干擾自主抑制方法，其特征在于，包括如下的步驟： 1) 星體質(zhì)心估計(jì) 1 一 1)統(tǒng)計(jì)推進(jìn)劑消耗量，根據(jù)地面測(cè)試確定質(zhì)心隨推進(jìn)劑消耗變化參數(shù)實(shí)時(shí)估計(jì)星 體質(zhì)心； 1 一 2)根據(jù)軌控干擾力矩對(duì)估計(jì)的星體質(zhì)心進(jìn)行微修正； 2) 分配參數(shù)確定 根據(jù)當(dāng)前質(zhì)心位置，并結(jié)合一對(duì)軌控推力器的安裝位置，確定這對(duì)軌控推力器的脈寬 分配參數(shù)； 3) 軌控指令重新分配 根據(jù)確定的分配參數(shù)將上述的這對(duì)軌控推力脈寬重新分配。2. 如權(quán)利要求1所述的軌控干擾自主抑制方法，其特點(diǎn)在于， 所述的步驟1 一 1)中：設(shè)初始質(zhì)心為質(zhì)心隨推進(jìn)劑消耗變化參 數(shù)為當(dāng)前質(zhì)心消耗量為，則估計(jì)得到的當(dāng)前周期質(zhì)心所述的步驟1 一 2)中：三軸分別進(jìn)行修正：其中X軸的質(zhì)心要依據(jù)Y軸和Z軸的軌控 干擾力矩進(jìn)行修正；Y軸的質(zhì)心要依據(jù)X軸和Z軸的軌控干擾力矩進(jìn)行修正；Z軸的質(zhì)心要 依據(jù)X軸和Y軸的軌控干擾力矩進(jìn)行修正。3. 如權(quán)利要求2所述的軌控干擾自主抑制方法，其特點(diǎn)在于，所述步驟1 一 2)中，X軸 的質(zhì)心進(jìn)行修正時(shí)，Y軸和Z軸的軌控推力均會(huì)由于相對(duì)X軸的質(zhì)心不對(duì)稱對(duì)星體產(chǎn)生干 擾力矩，可通過(guò)其中一軸進(jìn)行估計(jì)：根據(jù)Y軸軌控指令噴氣對(duì)Z軸產(chǎn)生的干擾力矩進(jìn)行估計(jì)： 根據(jù)推力器的布局及質(zhì)心位置，當(dāng)X軸質(zhì)心增大時(shí)，那么Y軸軌控正噴會(huì)Z軸產(chǎn)生負(fù)方 向的干擾力矩，因此在基于推進(jìn)劑消耗估計(jì)的質(zhì)心的基礎(chǔ)上需要修正值（初始值為式中--取Y軸軌控指令噴氣的符號(hào)，I-Z軸為抑制干擾力矩產(chǎn)生的控制指令，單位為ms ; --質(zhì)心修正參數(shù)，在軌可調(diào)整； (b)否則老根據(jù)Z軸軌控指令噴氣對(duì)Y軸產(chǎn)生的干擾力矩進(jìn)行估計(jì)： 根據(jù)推力器的布局及質(zhì)心位置，當(dāng)X軸質(zhì)心增大時(shí)，那么Z軸軌控正噴會(huì)Y軸產(chǎn)生正方 向的干擾力矩，因此在基于推進(jìn)劑消耗估計(jì)的質(zhì)心的基礎(chǔ)上需要修正值式中：I-取Z軸軌控指令噴氣的符號(hào)，IT： -Y軸為抑制干擾力矩產(chǎn)生的控制指令，單位為ms ; k一_--質(zhì)心修正參數(shù)，在軌可調(diào)整； (C)經(jīng)過(guò)推進(jìn)劑消耗和軌控干擾力矩估計(jì)后的質(zhì)心4. 如權(quán)利要求3所述的軌控干擾自主抑制方法，其特點(diǎn)在于，所述的步驟2)中，確定分 配參數(shù)時(shí)可選取產(chǎn)生干擾力矩大的方向；由于質(zhì)心變化主要體現(xiàn)在X軸，因此按照X方向的 不對(duì)稱性進(jìn)行分配； 設(shè)Y軸上的一對(duì)軌控推力器分別為推力器A、推力器B，指令噴氣均為且安裝 位置分別定義為布局坐標(biāo)系且在X方向的位置推力器B要遠(yuǎn)于推力器A; 2-1)若貝IJ說(shuō)明推力器B比推力器A在X方向上更接近于質(zhì)心，即在相同軌控指令噴氣情況下， 在Z方向產(chǎn)生的軌控干擾力矩絕對(duì)值推力器A要大于推力器B ;因此為了減小干擾力矩，此 時(shí)推力器A的軌控指令噴氣應(yīng)小于推力器B的軌控指令噴氣；因此確定分配參數(shù)如下式所 示： 推力器A的比例參數(shù)推力器B的比例參數(shù)：則推力器A比推力器B在X方向上更接近于質(zhì)心，即在相同軌控指令噴氣情況下，在Z 方向產(chǎn)生的軌控干擾力矩絕對(duì)值推力器B要大于推力器A ;因此為了減小干擾力矩，此時(shí)推 力器B的軌控指令噴氣應(yīng)小于推力器A的軌控指令噴氣；確定分配參數(shù)如下式所示： 推力器A的比例參數(shù)：推力器B的比例參數(shù)5. 如權(quán)利要求4所述的軌控干擾自主抑制方法，其特點(diǎn)在于，經(jīng)過(guò)分配后一對(duì)軌控推 力器A、B的軌控指令噴氣分別戈經(jīng)過(guò)分配后的一對(duì)軌控指令噴氣總量可能會(huì)小于分配前的值，但由于航天器為閉環(huán)軌 控不影響最終的軌控效果。
【專利摘要】本發(fā)明的一種軌控干擾自主抑制方法，通過(guò)將軌控指令噴氣根據(jù)質(zhì)心位置重新分配主動(dòng)降低軌控對(duì)星體的干擾力矩，其步驟包括：首先估計(jì)星體質(zhì)心，用于確定分配參數(shù)；其次，根據(jù)估計(jì)的質(zhì)心計(jì)算分配參數(shù)；最后，軌控指令噴氣根據(jù)參數(shù)重新分配。利用該方法可解決具有大質(zhì)心變化特性或軌控推力器布局不對(duì)稱的航天器閉環(huán)軌控過(guò)程給星體帶來(lái)大的干擾，造成姿軌控強(qiáng)耦合激起星體撓性震蕩等后果。
【IPC分類】G05B13/04, G05D1/08
【公開號(hào)】CN105487378
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410474509
【發(fā)明人】張肖, 王獻(xiàn)忠, 柳明閔, 盧翔, 張國(guó)柱
【申請(qǐng)人】上海新躍儀表廠
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2014年9月17日