专利名称：一种基于推力器和动量轮联合的三轴角速度阻尼控制方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星姿态控制方法，特别是适用于卫星在滚动或偏航推力器无法正常工作时的三轴角速度阻尼控制方法。
背景技术：
在轨卫星一般具有喷气控制(推力器)和基于角动量交换装置(如飞轮/动量轮、控制力矩陀螺等)控制两种方式。基于角动量交换装置的控制由于受限角动量约束，一般仅用于正常情况下的姿态控制。喷气控制具有力矩大且无角动量的约束，对于大的星体初始姿态角速度均可有效地阻尼下来。在卫星入轨初期通过喷气控制阻尼星体角速度到一定范围内，再接入角动量交换装置。除此之外，喷气控制还往往用于系统异常下的对日安全应急等模式、以及安全模式转正常对地等场合的三轴姿态控制，因此，除了角动量交换装置外目前在轨航天器在三轴上均配置喷气推力器。航天器在轨运行过程中，一旦星体某轴喷气推力器无法正常工作时，在该情况下仍仅采用推力器进行航天器角速度阻尼控制，则该控制问题成为一个欠驱动控制问题，使得问题变得格外复杂。
发明内容
本发明的目的是针对航天器三轴姿态角速度阻尼控制问题，考虑当滚动或偏航轴推力器无法正常工作情况下，提供一种算法简单有效的基于推力器和动量轮联合的三轴角速度阻尼控制方法，以实现航天器成功接入动量轮控制。本发明包括如下技术方案:一种基于推力器和动量轮联合的三轴角速度阻尼控制方法，所述三轴角速度阻尼控制方法包括俯仰轴、偏航轴和滚动轴的角速度阻尼控制方法；滚动和偏航轴中的一个轴推力器工作不正常，另一个轴的推力器工作正常；对于推力器工作正常的轴的角速度阻尼控制方法如下:判断推力器工作正常的轴的角动量分量幅值大小是否大于第一角动量阈值Hmaxl,当推力器工作正常的轴的角动量分量幅值大小大于第一角动量阈值Hmaxl时，用推力器工作正常的轴的推力器进行喷气控制以便对推力器工作正常的轴的角动量进行卸载；否则，采用动量轮控制律计算推力器工作正常的轴的动量轮控制力矩；对于推力器工作不正常的轴的角速度阻尼控制方法如下:判断推力器工作不正常的轴的角动量分量幅值大小是否大于第二角动量阈值Hmax2,当推力器工作不正常的轴的角动量分量幅值大小大于第二角动量阈值Hmax2时，则置工作不正常的轴的姿态角和姿态角速率为零，并根据动量轮控制律计算工作不正常的轴的动量轮控制力矩；否则按实际的工作不正常的轴的姿态角和姿态角速率根据动量轮控制律计算工作不正常的轴的动量轮控制力矩；俯仰轴的角速度阻尼控制方法为:根据俯仰轴实际角速度和期望角速度采用相平面控制律确定俯仰轴推力器喷气控制力矩，通过俯仰轴推力器将卫星俯仰轴角速度维持在期望角速度附近。对于滚动轴和偏航轴的动量轮控制律的公式如下:
权利要求
1.一种基于推力器和动量轮联合的三轴角速度阻尼控制方法，所述三轴角速度阻尼控制方法包括俯仰轴、偏航轴和滚动轴的角速度阻尼控制方法；滚动和偏航轴中的一个轴推力器工作不正常，另一个轴的推力器工作正常；其特征在于， 对于推力器工作正常的轴的角速度阻尼控制方法如下:判断推力器工作正常的轴的角动量分量幅值大小是否大于第一角动量阈值Hmaxl,当推力器工作正常的轴的角动量分量幅值大小大于第一角动量阈值Hmaxl时，用推力器工作正常的轴的推力器进行喷气控制以便对推力器工作正常的轴的角动量进行卸载；否则，采用动量轮控制律计算推力器工作正常的轴的动量轮控制力矩； 对于推力器工作不正常的轴的角速度阻尼控制方法如下:判断推力器工作不正常的轴的角动量分量幅值大小是否大于第二角动量阈值Hmax2，当推力器工作不正常的轴的角动量分量幅值大小大于第二角动量阈值Hmax2时，则置工作不正常的轴的姿态角和姿态角速率为零，并根据动量轮控制律计算工作不正常的轴的动量轮控制力矩；否则按实际的工作不正常的轴的姿态角和姿态角速率根据动量轮控制律计算工作不正常的轴的动量轮控制力矩； 俯仰轴的角速度阻尼控制方法为:根据俯仰轴实际角速度和期望角速度采用相平面控制律确定俯仰轴推力器喷气控制力矩，通过俯仰轴推力器将卫星俯仰轴角速度维持在期望角速度附近。
2.根据权利要求1所述的一种基于推力器和动量轮联合的三轴角速度阻尼控制方法，其特征在于， 动量轮控制律的公式如下:
3.根据权利要求1所述的一种基于推力器和动量轮联合的三轴角速度阻尼控制方法，其特征在于，对推力器工作正常的轴的角动量进行卸载的方法如下: 首先，根据动量轮的角动量在推力器工作正常的轴的角动量分量，将所述角动量分量与标称角动量做差得到角动量偏差； 然后，根据所述角动量偏差确定动量轮在推力器工作正常的轴的控制力矩； 最后，根据推力器工作正常的轴的姿态角偏差及角速度偏差采用相平面控制率计算出推力器工作正常的轴的喷气控制力矩。
全文摘要
本发明公开了一种基于推力器和动量轮联合的三轴角速度阻尼控制方法；对于推力器工作正常的轴，判断该轴的角动量分量幅值大小是否大于第一角动量阈值，当大于第一角动量阈值时，用该轴的推力器进行喷气控制以便对推力器工作正常的轴的角动量进行卸载；否则，采用动量轮控制律计算该轴的动量轮控制力矩；对于推力器工作不正常的轴，判断该轴的角动量分量幅值大小是否大于第二角动量阈值，当大于第二角动量阈值时，则置该轴的姿态角和姿态角速率为零，并根据动量轮控制律计算该的轴的动量轮控制力矩；否则按实际的工作不正常的轴的姿态角和姿态角速率计算该轴的动量轮控制力矩。本发明方法简单有效，能够实现航天器成功接入动量轮控制。
文档编号B64G1/24GK103112602SQ20131003534
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者袁利, 陈义庆, 魏春岭, 何英姿, 宗红, 袁军, 李明群, 雷拥军, 王淑一, 王新民 申请人:北京控制工程研究所