以单控制力矩陀螺和两飞轮实现卫星三轴稳定控制的方法.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CN110697086A(43)申请公布日2020.01.17(21)申请号201910960844.3(22)申请日2019.10.11(71)申请人上海航天控制技术研究所地址201109上海市闵行区中春路1555号(72)发明人刘德庆吴德安张涛张增安高四宏周胜良(74)专利代理机构上海元好知识产权代理有限公司31323代理人包姝晴张静洁(51)Int.Cl.B64G1/28(2006.01)B64G1/24(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称以单控制力矩陀螺和两飞轮实现卫星三轴稳定控制的方法(57)摘要本发明涉及一种以单控制力矩陀螺和两飞轮实现卫星三轴稳定控制的方法，地面测控站远程控制卫星使用推力器控制姿态；根据CMG内转子转速指令，得到CMG内转子转速对应的角动量；根据CMG外框位置、有效的两台飞轮的转速指令，设置磁卸载目标角动量；根据指令力矩、CMG框架角位置、框架转速、系统控制周期，有效的两台飞轮的角动量控制指令等，计算更改的角动量控制指令，解算CMG框架角：允许单台CMG控制，选择单台CMG接入，有效的两台飞轮接入，使用飞轮控制卫星姿态。对采用飞轮和控制力矩陀螺为姿控主执行机构的卫星，本发明可以在星上只有一台控制力矩陀螺和两台反作用飞轮有效的情况下，实现姿态稳定控制。CN110697086ACN110697086A权利要求书1/2页1.一种通过单台控制力矩陀螺和两台飞轮实现卫星三轴稳定控制的方法，其特征在于，一台控制力矩陀螺有效，并且Z向飞轮失效，X向飞轮、Y向飞轮有效的工况下，所述方法包含以下过程：步骤一，地面测控站远程控制卫星使用推力器控制姿态；步骤二，根据CMG内转子转速指令，得到CMG内转子转速对应的角动量h；根据CMG外框位置δ0、X向飞轮转速指令w_xb、Y向飞轮转速指令w_yb，发送磁卸载目标角动量指令H0＝[0H0_yaRH0_zaR]；步骤三，计算更改的角动量控制指令，解算CMG框架角：Hcx(k)＝Hcx(k-1)+Ts×[Tbcx(k)+Tbcz(k)/tanδcmg]Hcy(k)＝Hcy(k-1)+Ts×Tbcy(k)T其中Tbc＝[TbcxTbcxTbcx]为指令力矩；δcmg为对应CMG框架角位置，为框架转速；Ts为系统控制周期，Hcx(k)、Hcy(k)分别为X向飞轮、Y向飞轮角动量控制指令；步骤四，地面测控站给卫星发送指令以允许单台CMG控制，选择单台CMG接入，Z向飞轮不接入，X向、Y向飞轮接入，使用飞轮控制卫星姿态。2.如权利要求1所述通过单台控制力矩陀螺和两台飞轮实现卫星三轴稳定控制的方法，其特征在于，步骤二的磁卸载目标角动量H0＝[0H0_yaRH0_zaR]中，H0_zaR根据星上重力梯度力矩和轨道陀螺力矩确定，其大小与对地飞行坐标系的惯量积Iyz成正比；与w_xb和w_yb对应的角动量分别为Hrw_xb、Hrw_yb，对地飞行坐标系定义为a系或aR系，aR系表示本体b系绕ObXb轴旋转θ角后形成的坐标系；通过以下参数的计算：CMG角动量在Zb轴分量为Hcmg_zb＝-hcos(δ0)；CMG角动量在Xb轴分量为Hcmg_xb＝-hsin(δ0)；CMG角动量在ZaR轴分量为Hcmg_za＝-Hcmg_zbcos(θ)；CMG角动量在YaR轴分量为Hcmg_ya＝-Hcmg_zbsin(θ)；Y向飞轮角动量为Hrw_yb＝(Hcmg_za-H0_zaR)/sin(θ)；X向飞轮角动量为Hrw_xb＝-Hcmg_xb；得到YaR向卸载目标角动量H0_yaR＝Hcmg_ya+Hrw_ybcos(θ)。3.一种通过单台控制力矩陀螺和两台飞轮实现卫星三轴稳定控制的方法，其特征在于，一台控制力矩陀螺有效，并且X向飞轮失效，Z向飞轮、Y向飞轮有效的工况下，所述方法包含以下过程：步骤一，地面测控站远程控制卫星使用推力器控制姿态；步骤二，地面测控站给卫星发送CMG内转子转速指令，得到CMG内转子转速对应的角动量h；根据CMG外框位置0°，Y向飞轮转速指令w_yb，Z向飞轮转速指令w_zb，发送磁卸载目标角动量指令H0＝[0H0_yaRH0_zaR]；2CN110697086A权利要求书2/2页步骤三，计算更改的角动量控制指令，解算CMG框架角：Hcy(k)＝Hcy(k-1)+Ts×Tbcy(k)Hcz(k)＝Hcz(k-1)+Ts×[Tbcz(k)+flag_cmg×Tbcx(k)tanδcmg]T其中Tbc＝[TbcxTbcxTbcx]为指令力矩；δcmg为对应CMG框架角位置，为框架转速；Ts为系统控制周期，Hcy(k)、Hcz(k)分别为Y向飞轮、Z向飞轮角动量控制指令；步骤四，地