一种卫星绕空间轴的最短路径姿态机动控制方法.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CN106275508A(43)申请公布日2017.01.04(21)申请号201610669243.3(22)申请日2016.08.15(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)发明人杜宁陈占胜尹海宁陈璟朱虹(74)专利代理机构上海信好专利代理事务所(普通合伙)31249代理人尹兵苗绘(51)Int.Cl.B64G1/24(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图2页(54)发明名称一种卫星绕空间轴的最短路径姿态机动控制方法(57)摘要本发明公开了一种卫星绕空间轴的最短路径姿态机动控制方法，包含以下步骤：采用四元数分别描述卫星的当前姿态和目标姿态；由卫星的当前姿态四元数和目标姿态四元数计算得到偏差四元数，并将偏差四元数配置为控制用姿态信息；根据陀螺测量角速度及卫星的当前姿态四元数，计算得到卫星相对轨道坐标系的角速度，并将该角速度配置为控制用角速度信息；根据控制用姿态信息及控制用角速度信息，计算得到飞轮的指令转速，以完成姿态机动控制。本发明基于绕空间轴最短路径姿态机动控制思想，通过四元数描述目标姿态基准，并进行控制用姿态简化，设计了一种飞轮姿态机动控制算法，该方法适用于对日定向转对地定向姿态机动、绕任意空间轴的姿态机动等。CN106275508ACN106275508A权利要求书1/3页1.一种卫星绕空间轴的最短路径姿态机动控制方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、采用四元数分别描述卫星的当前姿态和目标姿态；S2、由卫星的当前姿态四元数和目标姿态四元数计算得到偏差四元数，并将偏差四元数配置为控制用姿态信息；S3、根据陀螺测量角速度及卫星的当前姿态四元数，计算得到卫星相对轨道坐标系的角速度，并将该角速度配置为控制用角速度信息；S4、根据控制用姿态信息及控制用角速度信息，计算得到飞轮的指令转速，以完成卫星绕空间轴的最短路径姿态机动控制。2.如权利要求1所述的最短路径姿态机动控制方法，其特征在于，所述的步骤S1中采用四元数描述卫星的当前姿态包含：根据四元数运动学方程对姿态四元数初值进行积分，得到陀螺积分四元数，若星敏有效，则每拍由星敏四元数替换陀螺积分四元数，若星敏长期无效，则由双矢量定姿结果计算姿态四元数初值。3.如权利要求2所述的最短路径姿态机动控制方法，其特征在于，所述的根据四元数运动学方程对姿态四元数初值进行积分的公式为：式中，表示陀螺积分四元数，qob表示当前姿态四元数，ωob表示星体相对轨道坐标系角速度在星体坐标系的投影。4.如权利要求1所述的最短路径姿态机动控制方法，其特征在于，所述的步骤S1中采用四元数描述卫星的目标姿态包含：对目标姿态四元数进行基准计算，分别得到对于任意姿态机动的目标姿态四元数和对于对日转对地机动的目标姿态四元数。5.如权利要求4所述的最短路径姿态机动控制方法，其特征在于，所述的对于任意姿态机动的目标姿态四元数表示为：式中，qor_jd表示目标姿态四元数，表示由任务需求方上注欧拉转角，ex表示机动转轴滚动分量，ey表示机动转轴俯仰分量，ez表示机动转轴偏航分量。6.如权利要求4所述的最短路径姿态机动控制方法，其特征在于，所述的对于对日转对地机动的目标姿态目标姿态表示为：qor＝[1000]式中，qor表示目标姿态四元数。2CN106275508A权利要求书2/3页7.如权利要求1所述的最短路径姿态机动控制方法，其特征在于，所述的步骤S2中，计算偏差四元数的公式为：式中，qrb表示偏差四元数，表示目标姿态四元数的逆，qob表示当前姿态四元数。8.如权利要求1所述的最短路径姿态机动控制方法，其特征在于，所述的步骤S2中，将偏差四元数配置为控制用姿态信息包含：控制用姿态信息取偏差四元数的矢部的2倍，即控制用姿态信息表示为；式中，qe表示控制用姿态信息，表示滚动姿态误差，Δθ表示俯仰姿态误差，Δψ表示偏航姿态误差，qrb(1)表示偏差四元数矢部的滚动分量，qrb(2)表示偏差四元数矢部的俯仰分量，qrb(3)表示偏差四元数矢部的偏航分量。9.如权利要求1所述的最短路径姿态机动控制方法，其特征在于，所述的步骤S3中，控制用角速度信息的计算公式为：ωob＝ωib-Aboωio式中，ωob表示控制用角速度信息，ωib表示陀螺测量角速度，ωio＝[0-ω00]，ω0为轨道角速度。10.如权利要求1所述的最短路径姿态机动控制方法，其特征在于，所述的步骤S4中，计算飞轮的指令转速包含：对控制姿态信息进行等比例限幅；计算飞轮的指令力矩；由飞轮的指令力矩计算得到飞轮的转速指令；其中，控制姿态信息等比例限幅的计算公式为：式中，qe表示三轴控制姿态信息，即ke＝qemax/max(abs(qe))；qema