本发明涉及一种利用卫星惯量积特性进行主动章动阻尼的控制方法。
背景技术：
偏置动量三轴稳定卫星由于抵抗外干扰能力强而被广泛应用。章动特性也是偏置动量卫星受干扰后的固有运动特性，必须进行有效阻尼才能保证卫星具有较高的姿态稳定精度。
某些卫星由于星上布局或构型限制，质量特性不可能做到完全对称，具有一定的惯量积，惯量积反映了某两轴之间的力学耦合特性，例如ixy≠0表示卫星的滚动(x)轴和俯仰(y)轴具有耦合特性，对俯仰轴施加控制力矩，通过惯量积的耦合，此控制力矩除对俯仰轴本身产生运动效果外，还对滚动轴产生运动影响。由于偏置动量卫星的滚动和偏航通道也具有耦合特性，因此，实际上通过惯量积对滚动轴的影响也就对滚动-偏航平面内运动产生了影响。
技术实现要素：
本发明的技术解决问题是：
利用各轴之间的耦合特性，通过计算俯仰轴的控制律，可实现俯仰轴上偏置动量轮控制俯仰姿态，同时可主动抑制反映在滚动-偏航平面内的章动运动。
本发明的技术解决方案是：
一种利用卫星惯量积特性进行主动章动阻尼的控制方法，包括以下步骤：
s1、估算卫星的滚转通道的章动频率ωn；
s2、根据所述章动频率ωn，确定章动阻尼网络传递函数gn(s)；
s3、根据滚动角测量值φm和章动阻尼网络传递函数gn(s)确定章动阻尼力矩tcyn；
s4、根据章动阻尼力矩tcyn和俯仰角测量值θm计算叠加力矩tcy；
s5、将叠加力矩tcy作用于俯仰通道，并利用俯仰通道和滚转通道的耦合惯量积来抑制滚转通道的章动。
根据本发明的一个实施例，在步骤s1中，通过关系式
根据本发明的一个实施例，在步骤s2中，确定章动阻尼网络传递函数gn(s)包括以下步骤：
(1)根据关系式1/τ1<ωn<1/τ2确定两个转折频率1/τ1和1/τ2，其中，1/τ1为0.5ωn，1/τ2＝1.5ωn；
(2)利用两个转折频率1/τ1和1/τ2，确定章动阻尼网络传递函数
根据本发明的一个实施例，在步骤s3中，通过等式tcyn＝gn(s)φm确定章动阻尼力矩tcyn。
根据本发明的一个实施例，在步骤s4中，通过等式
一种存储了指令的计算机可读存储介质，当所述指令被至少一个计算机执行时，使得所述计算机执行以下步骤：
s1、估算卫星的滚转通道的章动频率ωn；
s2、根据所述章动频率ωn，确定章动阻尼网络传递函数gn(s)；
s3、根据滚动角测量值φm和章动阻尼网络传递函数gn(s)确定章动阻尼力矩tcyn；
s4、根据章动阻尼力矩tcyn和俯仰角测量值θm计算叠加力矩tcy；
s5、将叠加力矩tcy作用于俯仰通道，并利用俯仰通道和滚转通道的耦合惯量积来抑制滚转通道的章动。
根据本发明的一个实施例，在步骤s1中，通过关系式
根据本发明的一个实施例，在步骤s2中，确定章动阻尼网络传递函数gn(s)包括以下步骤：
(1)根据关系式1/τ1<ωn<1/τ2确定两个转折频率1/τ1和1/τ2，其中，1/τ1为0.5ωn，1/τ2为1.5ωn；
(2)利用两个转折频率1/τ1和1/τ2，确定章动阻尼网络传递函数
根据本发明的一个实施例，在步骤s3中，通过等式tcyn＝gn(s)φm确定章动阻尼力矩tcyn。
根据本发明的一个实施例，在步骤s4中，通过等式
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)使用俯仰轴上的动量轮施加控制力矩，与磁力矩器章动阻尼相比，本发明中利用惯量积实现的主动章动阻尼可更快抑制章动
(2)可以在喷气章动控制中使用以节约喷气，也可作为磁力矩器失效后的一种控制方案。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的利用惯量积进行主动章动阻尼的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明的实施例。
本发明利用各轴之间的耦合特性，通过计算俯仰轴的控制律，可实现俯仰轴上偏置动量轮控制俯仰姿态，同时可主动抑制反映在滚动-偏航平面内的章动运动。
如图1所示，利用惯量积进行主动章动阻尼的控制方法包括以下步骤：
s1、估算卫星的滚转通道的章动频率ωn。
卫星的滚转通道的章动频率是根据以下等式(1)来计算的：
其中，hb是卫星的俯仰轴偏置角动量，ix是卫星的滚动轴惯量，iy是卫星的俯仰轴惯量，iz是卫星偏航轴惯量，ω0是轨道角速度。
在本发明的实施例中，可通过以下等式(2)来估计卫星的滚转通道的章动频率ωn：
在示例中，卫星的章动频率和偏置动量成正比，与滚动轴转动惯量和偏航轴转动惯量的乘积成反比。对于偏置动量为20n·ms的中小型卫星而言，章动频率在0.003hz左右。
s2、根据所述章动频率ωn，确定章动阻尼网络传递函数gn(s)。
在本发明的实施例中，确定章动阻尼网络传递函数gn(s)包括以下步骤：
(1)根据以下关系式(3)确定两个转折频率1/τ1和1/τ2，其中，两个转折频率在带通滤波器性能范围内尽可能靠近章动频率，以减少噪声放大，在本发明的实施例中，1/τ1为0.5ωn，1/τ2为1.5ωn。
1/τ1<ωn<1/τ2(3)
(2)利用两个转折频率1/τ1和1/τ2，确定章动阻尼网络传递函数(4)。
其中，kn是章动阻尼网络传递函数的增益，s是章动阻尼网络传递函数的变量。
s3、根据滚动角测量值φm和章动阻尼网络传递函数gn(s)确定章动阻尼力矩tcyn。
在本发明的实施例中，通过等式(5)确定章动阻尼力矩tcyn：
tcyn＝gn(s)φm(5)
在图1中，φm为滚动角测量值，φ为滚动角的理论值。
s4、根据章动阻尼力矩tcyn和俯仰角测量值θm计算叠加力矩tcy。
在本发明的实施例中，通过等式(6)计算叠加力矩tcy：
其中，θm为俯仰角测量值，ky为俯仰角控制比例系数，
如图1所示，θm为俯仰角测量值，θ为俯仰角理论值，ψ为偏航角理论值，通过对卫星动力学系统输入滚动力矩tx、俯仰力矩ty和偏航力矩tz，卫星动力学系统可产生滚动角的理论值φ，俯仰角理论值θ和偏航角理论值ψ，通过姿态测量，得到俯仰角测量值θm和滚动角测量值φm，其中，φm通过传递函数gn(s)对俯仰通道进行负反馈，θm通过俯仰角控制比例系数ky对俯仰通道进行负反馈，并且θm的一阶导数
s5、将叠加力矩tcy作用于俯仰通道，并利用俯仰通道和滚转通道的耦合惯量积来抑制滚转通道的章动。
在本发明的实施例中，反映滚动章动特性的叠加力矩tcyn俯仰通道，再通过俯仰通道和滚转通道的耦合惯量积(ixy)作用到滚动轴而抑制章动。
同样的，本发明中的方法同样适用于利用偏航通道和俯仰通道的耦合惯量积(izy)来作用到偏航轴而抑制章动的情况。
本发明利用耦合惯量积实现了通过对俯仰通道施加力矩来抑制滚转通道或偏航通道的章动，对章动的抑制速度快，并可以在喷气章动控制中使用以节约喷气，也可作为磁力矩器失效后的一种控制方案。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。