一种基于可变控制周期的卫星姿态控制方法.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CN107628273A(43)申请公布日2018.01.26(21)申请号201710889753.6(22)申请日2017.09.27(71)申请人上海航天控制技术研究所地址200233上海市徐汇区宜山路710号(72)发明人沈怡颹李苗马雪阳朱晏庆郭正勇(74)专利代理机构上海信好专利代理事务所(普通合伙)31249代理人潘朱慧(51)Int.Cl.B64G1/24(2006.01)G05D1/08(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种基于可变控制周期的卫星姿态控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于可变控制周期的卫星姿态控制方法，其包含以下步骤：S1、根据任务需求，选取相应的控制周期和控制器参数；S2、利用陀螺原始采集数据，根据控制周期计算惯性角速度；S3、利用姿态敏感器输出的姿态信息，计算卫星姿态确定角；S4、利用S2中得到的惯性角速度以及S3中得到的姿态确定角，计算控制力矩；S5、利用控制力矩，向执行机构发送控制脉宽；S6、返回步骤S1重复新一轮的卫星姿态控制，以实现卫星变周期姿态控制。其优点是：根据不同的任务需求选取不同的控制周期和控制器参数，突破了姿态控制任务的计算量与计算机硬件条件的制约，完成高精度变轨控制和高精度长期可靠对地观测任务。CN107628273ACN107628273A权利要求书1/2页1.一种基于可变控制周期的卫星姿态控制方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、根据任务需求，选取相应的控制周期和控制器参数；S2、利用陀螺原始采集数据，根据控制周期计算惯性角速度；S3、利用姿态敏感器输出的姿态信息，计算卫星姿态确定角；S4、利用S2中得到的惯性角速度以及S3中得到的姿态确定角，计算控制力矩；S5、利用控制力矩，向执行机构发送控制脉宽；S6、返回步骤S1重复新一轮的卫星姿态控制，以实现卫星变周期姿态控制。2.如权利要求1所述的基于可变控制周期的卫星姿态控制方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包含：设定控制周期Ts有两种分别为Ts1和Ts2，Ts1＜Ts2，Ts1和Ts2分别对应两种控制器参数KP1i,KD1i(i＝x,y,z)和KP2i,KD2i(i＝x,y,z)，如果在进行变轨控制，则使用CPU时钟计时的方式实现控制周期为Ts1的卫星姿态控制，如果在其他控制模式，则使用外部定时中断方式实现控制周期为Ts2的卫星姿态控制。3.如权利要求2所述的基于可变控制周期的卫星姿态控制方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包含：惯性角速度ωbi(k)(i＝x,y,z)计算如下：其中，Δgbx、Δgby、Δgbz为陀螺测得卫星三轴的角速度增量。4.如权利要求3所述的基于可变控制周期的卫星姿态控制方法，其特征在于，所述的步骤S3具体包含：计算俯仰-滚动-偏航转序下卫星本体系下的欧拉角，将星敏感器输出的姿态四元数qbo转换成姿态角，姿态角用表示，转换方法如下：式中，θST、ψST分别为基于星敏感器姿态确定角的滚动角、俯仰角、偏航角；qbo＝[qbo,1qbo,2qbo,3qbo,4]；式中，qbo,4为四元素标量部分，qbo,1,qbo,2,qbo,3为四元素矢量部分。5.如权利要求4所述的基于可变控制周期的卫星姿态控制方法，其特征在于，所述的步骤S4具体包含：利用惯性角速度和姿态确定角，计算控制力矩：首先，利用基于星敏感器的姿态确定角计算姿态角估值与姿态角速度，姿态角估值用表示，姿态角速度用表示，算法如下：2CN107628273A权利要求书2/2页式中，θST、ψST为星敏感器确定的姿态角；ωbi(k)(i＝x,y,z)为陀螺确定的惯性角速度；然后，执行PD控制算法，控制力矩用Tci(i＝x,y,z)表示，计算如下：式中，KPi,KDi(i＝x,y,z)为控制器参数。6.如权利要求5所述的基于可变控制周期的卫星姿态控制方法，其特征在于，所述的步骤S5中：控制脉宽的计算，用Toni(i＝x,y,z)表示，计算如下：3CN107628273A说明书1/5页一种基于可变控制周期的卫星姿态控制方法技术领域[0001]本发明涉及卫星姿态控制技术领域，具体涉及一种基于可变控制周期的卫星姿态控制方法。背景技术[0002]卫星姿态控制采用离散化数字控制方法，其控制周期制约因素有如下两个方面：一、控制周期选取受到系统的控制带宽与控制对象特性制约；二、控制周期还受到姿态控制任务的计算量与计算机硬件条件制约。控制周期选取过长，会给系统带来较大的延迟，从而影响姿态控制系统的稳定性，特别是对于卫星变轨控制和入轨定点捕获任务，由于系统响应较快，为保证系统的稳定性，要求系统的控制具有较高的采样频率进行采样和控制(控制周期一般选取不大于100m