一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法.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CN110389592A(43)申请公布日2019.10.29(21)申请号201910649158.4(22)申请日2019.07.18(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人吴云华李文星陈志明华冰郑墨泓梁莹莹刘龙武杜津铭(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人徐红梅(51)Int.Cl.G05D1/08(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图4页(54)发明名称一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法。本发明将多个智能飞轮通过无线组网构成分布式姿态控制系统，并根据系统特点提出一种分布式控制方法，该策略包括故障自检、确定工作智能飞轮组合、接收敏感器系统广播姿态信息、时延状态同步以及独立解算控制输出等步骤，从而实现航天器姿态控制系统的分布式协同计算，有利于航天器平台模块化组装，对航天器的快速组装测试以及星载部件即插即用具有重大意义。CN110389592ACN110389592A权利要求书1/3页1.一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法，其特征在于，该姿态控制方法针对于安装分布式智能飞轮的航天器姿态控制，且姿态控制解算由各智能飞轮系统独立完成；各智能飞轮在每个控制周期通过无线网络接收一条带有时间戳的航天器姿态和姿态角速度信息，记录接收时刻并存入存储器，并对该姿态信息进行网络传输时延状态同步估计；各智能飞轮进行分布式解耦控制，完成航天器姿态控制任务。2.根据权利要求1所述的一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法，其特征在于，假设最多只有一组智能飞轮出现故障，具体包括以下步骤：(1)单个姿态控制周期开始，各智能飞轮故障自检，以及确定工作智能飞轮组合；(2)航天器时延状态同步估计，智能飞轮处理器模块根据接收的姿态信息以及前N周期的历史估计值确定本周期内同步时刻的姿态信息估计值；(3)X，Y，Z轴以及斜装轴智能飞轮控制器子系统独立解算解耦控制输出，驱动飞轮输出控制力矩，本控制周期结束。3.根据权利要求2所述的一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法，其特征在于，步骤(1)包括以下步骤：(11)单个姿态控制周期开始，各智能飞轮启动故障自检；(12)判断是否各智能飞轮系统均无故障，具体过程为：各智能飞轮处理器模块周期性采集各智能飞轮的运行数据，诊断数据状态，根据故障数据库和专家系统判断数据是否异常，若周期内某智能飞轮连续诊断出错误状态，则判断该智能飞轮发生故障，假如无故障，进入步骤(13)，假如有故障，进入步骤(14)；(13)选择X，Y，Z轴上安装的智能飞轮组合作为工作飞轮组合，进入步骤(2)；(14)判断是否为斜装智能飞轮系统出现故障，假如是，则返回步骤(13)，假如不是，进入步骤(15)；(15)选择斜装智能飞轮系统和两正常工作智能飞轮系统组合作为工作飞轮组合。4.根据权利要求2所述的一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法，其特征在于，步骤(2)包括以下步骤：(21)各正常工作智能飞轮系统接收敏感器广播的带有时间戳的姿态信息和任务指令，记录接受时刻；(22)各智能飞轮系统内存储器模块姿态测量值分区存储姿态测量值；(23)各智能飞轮处理器模块时延状态同步估计功能根据接收的姿态信息y(n+1)，以及前n周期的历史估计值确定本周期内同步时刻的姿态信息估计值；(24)各智能飞轮系统内存储器模块姿态估计值分区存储步骤(23)中获得的航天器姿态信息估计值。5.根据权利要求2所述的一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法，其特征在于，步骤(3)中X轴控制力矩解算包括以下步骤：(31)判断X轴智能飞轮是否为故障的智能飞轮系统，假如是，则结束控制器工作，不输出控制指令，假如不是，进入步骤(32)；(32)X轴智能飞轮控制器读取存储器中最新姿态信息估计值和任务指令；(33)判断斜装智能飞轮是否工作，假如工作，进入步骤(34)，假如不工作，则进入步骤2CN110389592A权利要求书2/3页(36)；(34)斜装智能飞轮控制器计算失效智能飞轮安装轴输出力矩；三正交一斜装智能飞轮组的安装结构矩阵C表示为：则力矩分配矩阵表示为安装结构矩阵的伪逆D＝CT(CCT)-1，通过分配矩阵将三轴力矩指TT令Tc＝[Tcx,Tcy,Tcz]分配为智能飞轮组各智能飞轮力矩指令Tw＝[Tw1,Tw2,Tw3,Tw4]，即为Tw＝DTc，当某一智能飞轮发生故障时，其余智能飞轮输出力矩表示为Hc＝CTw，假设X轴智能飞轮发生故障，斜装智能飞轮替代工作，则安装结构矩阵C1和分配矩阵D1表示为：计算得到斜装智能飞轮的输出力矩指令；(35)