一种基于最短空间轴的姿态机动控制和导引律规划方法.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CN108508905A(43)申请公布日2018.09.07(21)申请号201810304701.2(22)申请日2018.04.08(71)申请人上海微小卫星工程中心地址201203上海市浦东新区海科路99号4号楼(72)发明人阳应权李晓红陆姗姗李东万松张静吴子轶刘爽齐凯华(74)专利代理机构上海智晟知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31313代理人张东梅李镝的(51)Int.Cl.G05D1/08(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图5页(54)发明名称一种基于最短空间轴的姿态机动控制和导引律规划方法(57)摘要本发明公开了一种基于最短空间轴的姿态机动控制和导引律规划方法，包括：进行角速度消旋控制；采集第1拍四元素信息计算当前姿态相对期望姿态的绕空间轴偏转角度和空间轴在坐标系中的方向矢量；判定所采用的机动方式，并计算存储对应的参数信息；根据时间的变化，计算绕空间轴的瞬时转角；根据瞬时转角及空间轴的方向矢量信息计算获得导引律姿态四元素信息；根据前后采样周期计算获得的四元素信息计算导引律姿态角速度；以及利用轮控PD控制算法计算控制力矩输出。CN108508905ACN108508905A权利要求书1/2页1.一种基于最短空间轴的姿态机动控制和导引律规划方法，包括：进行角速度消旋控制；采集第1拍四元素信息计算当前姿态相对期望姿态的绕空间轴偏转角度和空间轴在坐标系中的方向矢量；判定所采用的机动方式，并计算存储对应的参数信息；根据时间的变化，计算绕空间轴的瞬时转角；根据瞬时转角及空间轴的方向矢量信息计算获得导引律姿态四元素信息；根据前后采样周期计算获得的四元素信息计算导引律姿态角速度；以及利用轮控PD控制算法计算控制力矩输出。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行角速度消旋控制为利用纯角速度PI控制算法将角速度控制在阈值Δ内，Δ设置为≤0.01度每秒。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集第1拍四元素信息计算当前姿态相对期望姿态的绕空间轴偏转角度和空间轴在坐标系中的方向矢量为设定当卫星角速度在t0时刻消旋完成后，空间轴与坐标系OXaYaZa的夹角为α，β，γ；姿态四元素初值为[q10q20Tq30q40]，进行姿态机动的姿态角σ0＝acos(q40)·2；TT空间轴在坐标系中的方向矢量[exeyez]＝[cosαcosβcosγ]。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判定所采用的机动方式为判断采用梯形机动方式还是三角形机动方式。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算存储对应的参数信息为姿态机动时间参数信息、最大机动角速度信息、角加速度信息。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若判定为梯形机动方式，所述根据时间的变化，计算原坐标系绕空间轴的旋转的瞬时转角为：当t∈t0～t1时，当t∈t1～t2时，当t∈t2～t3时，以及当t＞t3时，其中a表示角加速度，σ表示初始姿态相对于期望姿态相对期望姿态的绕空间轴偏转角度，ωm表示梯形机动最大角速度，t0表示初始时间，t1表示角速度达到ωm的时间，t2表示角速度开始变小的时间，t3表示达到期望姿态的时间。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若判定为三角形机动方式，所述根据时间的变化，计算原坐标系绕空间轴的旋转的瞬时角度为：当t∈t0～t1时，2CN108508905A权利要求书2/2页当t∈t1～t2时，以及当t＞t2时，其中a′表示角加速度，σ表示初始姿态相对于期望姿态相对期望姿态的绕空间轴偏转角度，t0表示初始时间，t1表示角速度开始变小的时间，t2表示达到期望姿态的时间。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据瞬时转角及空间轴方向矢量信息计算获得导引律姿态四元素信息的计算方法为T其中，表示瞬时角度，[exeyez]表示空间轴在坐标系中的方向矢量。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据前后采样周期计算获得的四元素信息计算导引律姿态角速度的计算方法为：设定采样周期为T；-存储每个时刻的四元素qbet和上一周期的四元素qbet；计算四元素变化率以及计算导引律角速度为：10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用轮控PD控制算法计算控制力矩输出的方法为：计算期望姿态四元素信息与当前的姿态四元素信息的偏差δq＝qbe-q；计算期望姿态角速度信息与当前的姿态角速度信息的偏差δω＝ωbe-ω；以及利用PD控制计算轮控力矩控制输出M＝Kp2δq+Kd2δω-ωbi×(Iωbi+Hw)。3CN108508905A说明书1/10页一种基于最短空间轴的姿态机动控制和导引律规划方法技术领域[0001]本发明涉及卫星姿态控制领域，特别涉及一种基于最短空间轴的姿