基于磁力矩器和飞轮的卫星姿态全方位控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN101934863A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN101934863A(43)申请公布日2011.01.05(21)申请号201010296539.8(22)申请日2010.09.29(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人耿云海陈雪芹曹喜滨孙兆伟李东柏李化义(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人张果瑞(51)Int.Cl.B64G1/32(2006.01)B64G1/28(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称基于磁力矩器和飞轮的卫星姿态全方位控制方法(57)摘要基于磁力矩器和飞轮的卫星姿态全方位控制方法，涉及一种利用磁力矩器和飞轮完成卫星入轨阶段全方位姿态控制方法。解决了现有的卫星姿态全方位控制技术可靠性低、寿命短的问题，具体过程如下：一、根据控制系统要求，设定控制器参数；二、测量地磁场强度向量Bb、卫星角速度向量Wb和太阳方位角，并将测量数据发送至卫星控制器；三、计算期望控制力矩向量Tm和控制磁矩向量Mm，并将控制磁矩向量Mm发送至磁力矩器；四、获得有效太阳方位角向量Alfa；五、计算控制输入力矩向量Tw，并发送至飞轮；六、磁力矩器根据控制磁矩向量Mm，飞轮根据控制输入力矩向量Tw共同完成卫星姿态全方位控制。本发明适用于卫星姿态控制领域。CN1093486ACN101934863A权利要求书1/3页1.基于磁力矩器和飞轮的卫星姿态全方位控制方法，其特征在于具体过程如下：根据控制系统要求，设定控制器参数；所述控制器参数包括卫星控制器微分系数向量Kd＝[KdxKdyKdz]T、卫星控制器比例系数向量Kp＝[KpxKpyKpz]T、向量死区不控角度值Theta和姿态捕获时卫星角速度的限制系数Limit60；在每个控制周期的T-t时刻关闭发送至磁力矩器(4)的控制指令直到本周期结束，然后利用磁强计(2)测量当地磁场强度在卫星本体坐标系中的向量Bb＝[BbxBbyBbz]T，利用陀螺(1)测量卫星在卫星本体坐标系中的角速度向量Wb＝[WbxWbyWbz]T，利用太阳敏感器(3)测量太阳方位角，太阳方位角包括太阳光线在卫星本体YOZ平面投影与-Z轴夹角Alfax和太阳光线在卫星本体XOZ平面投影与-Z轴夹角Alfay，并将各个测量数据发送至卫星控制器(6)；在下一个控制周期开始时，重新开启磁力矩器(4)的控制指令，所述T为控制周期；在每个周期中，根据上述设定的参数和采集的数据实现卫星姿态全方位控制方法的过程为：步骤一、卫星控制器(6)利用步骤二获得的卫星角速度向量Wb和地磁场强度向量Bb计算磁力矩器(4)期望输出的控制力矩向量Tm＝[TmxTmyTmz]T和磁力矩器(4)的控制磁矩向量Mm＝[MmxMmyMmz]T，并将控制磁矩向量Mm发送至磁力矩器(4)；步骤二、卫星在磁力矩器(4)阻尼控制的作用下，卫星的角速度减小，当卫星角速度向量Wb的模小于w时，卫星控制器(6)引入飞轮(5)和太阳敏感器(3)信号实现星体的对日捕获控制，获得有效太阳方位角向量Alfa＝[AlfaxAlfayAlfaz]；步骤三、卫星控制器(6)根据步骤四获得的有效太阳方位角向量Alfa计算飞轮(5)控制输入力矩向量Tw＝[TwxTwyTwz]T，并将控制输入力矩向量Tw发送至飞轮(5)；步骤四、磁力矩器(4)根据所述的控制磁矩向量Mm、飞轮(5)根据所述的控制输入力矩向量Tw共同完成卫星姿态全方位控制。2.根据权利要求1所述的基于磁力矩器和飞轮的卫星姿态全方位控制方法，其特征在于根据控制系统要求设定控制器参数的具体过程为：根据控制理论设定卫星控制器微分系数向量Kd和卫星控制器比例系数向量Kp：Kp＝Wc2*Ib，Kd＝2keci*Wc*Ib其中，Wc为系统频率，keci为系统阻尼比，Ib＝[IbxIbyIbz]T为卫星转动惯量向量；设定姿态捕获时卫星角速度的限制系数Limit60为：Limit60＝2keci*WLimit/Wc其中，Wlimit为姿态机动角速度的上限值；假设在磁力矩器(4)阻尼条件下，根据期望力矩与实际力矩的费效比设定向量死区不控角度值Theta。3.根据权利要求2所述的基于磁力矩器和飞轮的卫星姿态全方位控制方法，其特征在于向量死区不控角度值Theta为18°。4.根据权利要求1所述的基于磁力矩器和飞轮的卫星姿态全方位控制方法，其特征在于步骤一的具体过程为：步骤一一、卫星控制器(6)利用地磁场强度向量Bb和卫星角速度向量Wb，计算期望控2CN101934863A权利要求书2/3页制力矩向量Tm：Tm＝-[Kdx*Wbx，Kdy*Wby，Kdz*Wbz]T；当期望控制力矩向量Tm与磁