一种轨控干扰自主抑制方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及航天器GNC分系统控制技术领域，具体是一种在轨基于质心估计主动 抑制轨控干扰力矩从而降低平台稳定控制难度的方法，特别适用于有闭环轨控要求，且质 心变化大或由于布局原因使轨控推力器不完全对称的航天器。
[0003]
【背景技术】
[0004] 随着航天技术的发展，航天器由于任务要求往往需要消耗大量的推进剂，使星体 质心逐步发生变化，这必然使推力器无法进行全过程的对称安装；另外随着航天器轨道机 动任务的需求提高，往往要求航天器具备6个方向闭环轨控能力，此时轨控推力器不对称 会加剧姿轨控耦合，对平台的稳定性控制带来难度。
[0005] 本发明就是针对上述情况下的一种通过质心估计从根源上主动抑制轨控干扰力 矩的技术方法
【发明内容】
[0006] 为了解决上述现有技术存在的计算量大问题，本发明的目的在于提供一种轨控干 扰自主抑制方法。本发明利用跟瞄单机输出的相对目标的位置信息对相对动力学的相对位 置误差和相对速度误差进行估计和修正。
[0007] 为了达到上述发明目的，本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：提供 一种轨控干扰自主抑制方法，轨控指令喷气根据当前质心位置重新分配主动降低轨控干扰 力矩，包括如下步骤： 1) 星体质心估计 统计推进剂消耗量，根据地面测试确定质心随推进剂消耗变化参数实时估计星体质 心；根据轨控干扰力矩对估计的星体质心进行微修正； 2) 分配参数确定 根据当前质心位置，并结合一对轨控推力器的安装位置，确定这对轨控推力器的脉宽 分配参数； 3) 轨控指令重新分配 根据确定的分配参数将上述的这对轨控推力脉宽重新分配。
[0008] 与现有技术相比，本发明的优点在于： 通过将轨控指令喷气根据质心位置重新分配主动降低轨控对星体的干扰力矩，从根源 上主动降低轨控干扰力矩，而没有额外姿控算法，方法简单、有效。
[0009]
【附图说明】
[0010] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它 特征、目的和优点将会变得更明显： 图1为一种轨控干扰自主抑制方法流程图； 图2为质心变化曲线示意图（m)。
[0011]
【具体实施方式】
[0012] 参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以 许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是 为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。
[0013] 现参考附图详细描述根据本发明实施例的轨控干扰自主抑制方法，其步骤图1所 示，图2是本发明的质心变化曲线，主要体现为X轴质心变化。
[0014] 步骤一、星体质心估计 1) 统计推进剂消耗量，根据地面测试确定质心随推进剂消耗变化参数实时估计星体质 心 假设：初始质心为
，质心随推进剂消耗变化参数戈
，当前 质心消耗量为
； 那么估计得到的当前周期质汜 __ .
. -- 2) 根据轨控干扰力矩对估计的星体质心进行微修正 三轴分别进行修正：其中X轴的质心要依据Y轴和Z轴的轨控干扰力矩进行修正；Y轴 的质心要依据X轴和Z轴的轨控干扰力矩进行修正；Z轴的质心要依据X轴和Y轴的轨控 干扰力矩进行修正。
[0015] 本发明以对X轴的质心进行修正为实例进行详细说明： Y轴和Z轴的轨控推力均会由于相对X轴的质心不对称对星体产生干扰力矩，因此可以 通过其中一轴进行估计，本发明的处理方法如下： ⑴若
根据Y轴轨控指令喷气对Z轴产生的干扰力矩进行估计： 根据本实例中推力器的布局及质心位置，当X轴质心增大时，那么Y轴轨控正喷会Z轴 产生负方向的干扰力矩，因此在基于推进剂消耗估计的质心的基础上需要修正值&^ (初始值为0):
式中：
-取Y轴轨控指令喷气的符号，若
，若
贝1J
，否则
； 灯--的--Z轴为抑制干扰力矩产生的控制指令，单位为ms ;
-质心修正参数，在轨可调整。
[0016] (2)否则若
根据Z轴轨控指令喷气对Y轴产生的干扰力矩进行估计： 根据本实例中推力器的布局及质心位置，当X轴质心增大时，那么Z轴轨控正喷会Y轴产 生正方向的干扰力矩，因此在基于推进剂消耗估计的质心的基础上需要修正值:
式中：
--取Z轴轨控指令喷气的符号，
，若
.--Y轴为抑制干扰力矩产生的控制指令，单位为ms ;
--质心修正参数，在轨可调整。
[0017] 3)经过推进剂消耗和轨控干扰力矩估计后的质心《??〃：
步骤二、分配参数确定 Υ轴轨控推力器会由于在X方向不对称对Ζ轴产生干扰力矩，同时也会由于在Ζ方向不 对称对X轴产生干扰力矩，此时在确定分配参数时可选取产生干扰力矩大的方向。
[0018] 本实例中由于质心变化主要体现在X轴，因此按照X方向的不对称性进行分配。假 设： Υ轴上的一对轨控推力器分别为推力器1、推力器2,指令喷气均为
，且安装位 置分别定义为、~设Μ」（布局坐标系)，且在X方向的位置推力器2要远于推力器1。
[0019] 1)若
则说明推力器2比推力器1在X方向上更接近于质心，即在相同轨控指令喷气情况下， 在Ζ方向产生的轨控干扰力矩绝对值推力器1要大于推力器2 ;因此为了减小干扰力矩，此 时推力器1的轨控指令喷气应小于推力器2的轨控指令喷气；因此确定分配参数如下式所 示： 推力器1的比例参数：
； 推力器2的比例参数：
。
[0020] 2)若
则说明推力器1比推力器2在X方向上更接近于质心，即在相同轨控指令喷气情况下， 在Ζ方向产生的轨控干扰力矩绝对值推力器2要大于推力器1 ;因此为了减小干扰力矩，此 时推力器2的轨控指令喷气应小于推力器1的轨控指令喷气；因此确定分配参数如下式所 示： 推力器1的比例参数：
； 推力器2的比例参数：
。
[0021] 同理，Z轴轨控推力器在确定分配参数时采用同样的方法。
[0022] 步骤三、轨控指令重新分配
经过分配后一对轨控推力器1、2的轨控指令喷气分别为 ..........：
经过分配后的一对轨控指令喷气总量可能会小于分配前的值，但由于航天器为闭环轨 控不影响最终的轨控效果。
[0023] 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发 明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明 的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案 的保护范围。
【主权项】
1. 一种轨控干扰自主抑制方法，其特征在于，包括如下的步骤： 1) 星体质心估计 1 一 1)统计推进剂消耗量，根据地面测试确定质心随推进剂消耗变化参数实时估计星 体质心； 1 一 2)根据轨控干扰力矩对估计的星体质心进行微修正； 2) 分配参数确定 根据当前质心位置，并结合一对轨控推力器的安装位置，确定这对轨控推力器的脉宽 分配参数； 3) 轨控指令重新分配 根据确定的分配参数将上述的这对轨控推力脉宽重新分配。2. 如权利要求1所述的轨控干扰自主抑制方法，其特点在于， 所述的步骤1 一 1)中：设初始质心为质心随推进剂消耗变化参 数为当前质心消耗量为，则估计得到的当前周期质心所述的步骤1 一 2)中：三轴分别进行修正：其中X轴的质心要依据Y轴和Z轴的轨控 干扰力矩进行修正；Y轴的质心要依据X轴和Z轴的轨控干扰力矩进行修正；Z轴的质心要 依据X轴和Y轴的轨控干扰力矩进行修正。3. 如权利要求2所述的轨控干扰自主抑制方法，其特点在于，所述步骤1 一 2)中，X轴 的质心进行修正时，Y轴和Z轴的轨控推力均会由于相对X轴的质心不对称对星体产生干 扰力矩，可通过其中一轴进行估计：根据Y轴轨控指令喷气对Z轴产生的干扰力矩进行估计： 根据推力器的布局及质心位置，当X轴质心增大时，那么Y轴轨控正喷会Z轴产生负方 向的干扰力矩，因此在基于推进剂消耗估计的质心的基础上需要修正值（初始值为式中--取Y轴轨控指令喷气的符号，I-Z轴为抑制干扰力矩产生的控制指令，单位为ms ; --质心修正参数，在轨可调整； (b)否则老根据Z轴轨控指令喷气对Y轴产生的干扰力矩进行估计： 根据推力器的布局及质心位置，当X轴质心增大时，那么Z轴轨控正喷会Y轴产生正方 向的干扰力矩，因此在基于推进剂消耗估计的质心的基础上需要修正值式中：I-取Z轴轨控指令喷气的符号，IT： -Y轴为抑制干扰力矩产生的控制指令，单位为ms ; k一_--质心修正参数，在轨可调整； (C)经过推进剂消耗和轨控干扰力矩估计后的质心4. 如权利要求3所述的轨控干扰自主抑制方法，其特点在于，所述的步骤2)中，确定分 配参数时可选取产生干扰力矩大的方向；由于质心变化主要体现在X轴，因此按照X方向的 不对称性进行分配； 设Y轴上的一对轨控推力器分别为推力器A、推力器B，指令喷气均为且安装 位置分别定义为布局坐标系且在X方向的位置推力器B要远于推力器A; 2-1)若贝IJ说明推力器B比推力器A在X方向上更接近于质心，即在相同轨控指令喷气情况下， 在Z方向产生的轨控干扰力矩绝对值推力器A要大于推力器B ;因此为了减小干扰力矩，此 时推力器A的轨控指令喷气应小于推力器B的轨控指令喷气；因此确定分配参数如下式所 示： 推力器A的比例参数推力器B的比例参数：则推力器A比推力器B在X方向上更接近于质心，即在相同轨控指令喷气情况下，在Z 方向产生的轨控干扰力矩绝对值推力器B要大于推力器A ;因此为了减小干扰力矩，此时推 力器B的轨控指令喷气应小于推力器A的轨控指令喷气；确定分配参数如下式所示： 推力器A的比例参数：推力器B的比例参数5. 如权利要求4所述的轨控干扰自主抑制方法，其特点在于，经过分配后一对轨控推 力器A、B的轨控指令喷气分别戈经过分配后的一对轨控指令喷气总量可能会小于分配前的值，但由于航天器为闭环轨 控不影响最终的轨控效果。
【专利摘要】本发明的一种轨控干扰自主抑制方法，通过将轨控指令喷气根据质心位置重新分配主动降低轨控对星体的干扰力矩，其步骤包括：首先估计星体质心，用于确定分配参数；其次，根据估计的质心计算分配参数；最后，轨控指令喷气根据参数重新分配。利用该方法可解决具有大质心变化特性或轨控推力器布局不对称的航天器闭环轨控过程给星体带来大的干扰，造成姿轨控强耦合激起星体挠性震荡等后果。
【IPC分类】G05B13/04, G05D1/08
【公开号】CN105487378
【申请号】CN201410474509
【发明人】张肖, 王献忠, 柳明闵, 卢翔, 张国柱
【申请人】上海新跃仪表厂
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月17日