卫星分布式载荷的编队方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107187615A(43)申请公布日2017.09.22(21)申请号201710277775.7(22)申请日2017.04.25(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人刘磊熊敏魏震唐硕(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人王鲜凯(51)Int.Cl.B64G1/22(2006.01)B64G1/24(2006.01)权利要求书6页说明书13页附图3页(54)发明名称卫星分布式载荷的编队方法(57)摘要本发明公开了一种卫星分布式载荷的编队方法，用于解决现有卫星自主编队飞行控制方法控制精度低的技术问题。技术方案是根据任务需求不同，在同一颗卫星的不同位置处布置分布式载荷，载荷编队由一个主载荷和若干个从载荷组成，编队中所有载荷协同工作，完成给定任务。采用分离式Stewart驱动平台将卫星本体与载荷相连接，分离式电磁音圈作动器代替可伸缩支腿作为执行机构，采用比例微分(PD)控制律，对分布式载荷进行编队控制。该方法满足了分布式光学成像等大口径光学应用系统提出的高精度、高稳定度、超静力学环境等要求，可完成多种空间任务；同时执行机构不消耗工质，不引起微振动，且无需卸载，有效提高了卫星载荷的控制精度。CN107187615ACN107187615A权利要求书1/6页1.一种卫星分布式载荷的编队方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、确定卫星上各个部件的位置及其连接方式；设计分离式Stewart驱动平台(4)；所述分离式Stewart驱动平台(4)以立方体的两个斜界面作为上、下平台，立方体的六条棱作为分离式Stewart驱动平台(4)的六个支腿；采用六个分离式电磁音圈作动器(2)控制分布式载荷的六自由度运动；卫星本体(5)分别与分布式主载荷(1)、第一个分布式从载荷(3)和第二个分布式从载荷(6)相连，所述分离式Stewart驱动平台(4)的下平台部分与卫星本体(5)相连，分离式Stewart驱动平台(4)的上平台部分与分布式主载荷(1)相连；分离式电磁音圈作动器(2)与分离式Stewart驱动平台(4)之间采用螺栓连接；步骤二、确定分布式载荷的相对位置和相对姿态；在分布式主载荷(1)、第一个分布式从载荷(3)和第二个分布式从载荷(6)上分别安装星敏感器，用于测量载荷相对于惯性坐标系的姿态信息，并利用坐标转换关系，得到需要的相对姿态信息；在分布式主载荷(1)、第一个分布式从载荷(3)和第二个分布式从载荷(6)上安装干涉激光器，用于测量相对位置信息；步骤三、卫星本体(5)的姿态动力学建模与控制；参考坐标系选取卫星本体坐标系Oxyz，将卫星本体(5)当作刚体模型，采用小角度机动假设，即姿态角均为小量，其正弦值为0，余弦值为(1)，两个小量的乘积忽略，将模型线性化，其模型如下：其中，ωx,ωy,ωz分别为卫星本体(5)绕参考坐标系Oxyz三轴的转动角速度，ψ,θ,分别为卫星的偏航、俯仰和滚动角，为卫星本体的惯量矩，为卫星本体(5)姿态控制执行机构产生的控制力矩，为分布式主载荷(1)通过分离式Stewart驱动平台(4)的分离式电磁音圈作动器(2)对卫星本体(5)产生的反作用力矩，为第一个分布式从载荷(3)通过分离式Stewart驱动平台(4)的分离式电磁音圈作动器(2)对卫星本体(5)产生的反作用力矩，为第二个分布式从载荷(6)通过分离式Stewart驱动平台(4)的分离式电磁音圈作动器(2)对卫星本体(5)产生的反作用力矩；为使卫星本体(5)保持稳定，即ωx,ωy,ωz＝0,卫星本体(5)的姿态控制执行机构用来补偿分布式载荷对卫星本体(5)的影响，采用公式(2)对卫星本体(5)进行稳定控制：2CN107187615A权利要求书2/6页加入控制力矩后，卫星本体(5)的动力学模型为：其中，为卫星本体(5)姿态控制三通道的微分参数，为卫星本体(5)姿态控制三通道的比例参数；步骤四、分布式载荷的位置和姿态的动力学建模；将卫星上的分布式主载荷(1)看作刚体，参考坐标系为分布式主载荷(1)的本体坐标系Op1xp1yp1zp1，假设分布式主载荷(1)为正方体，则同样的采用小角度机动假设，将模型线性化，其姿态模型如下：p1p1p1p1其中，为分布式主载荷(1)绕参考坐标系Oxyz的转动角速度，ψp1,θp1,为分布式主载荷(1)的偏航、俯仰和滚动角，为分布式主载荷(1)的惯量矩，为卫星本体(5)通过分离式Stewart驱动平台(4)的分离式电磁音圈作动器(2)产生的对分布式主载荷(1)的控制力矩，且以卫星本体坐标系Oxyz为参考坐标系，建立分布式主载荷(1)的位置模型；假设分布式主载荷(1)只受到分离式Stewart驱动平台