非偏置动量单飞轮加磁控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种非偏置动量单飞轮加磁控制方法，包括如下步骤：步骤1，飞轮沿滚动轴安装，确定滚动轴轮控模式及用于磁控的磁场强度；步骤2，飞轮沿偏航轴安装，确定偏航轴轮控模式及用于磁控的磁场强度；步骤3，飞轮斜装，确定轮控模式及用于磁控的磁场强度；步骤4，三轴的磁控电流输出和俯仰轴的飞轮磁卸载融合控制，实现非偏置动量卫星三轴稳定控制。本发明系统配置要求简单，仅需要单个飞轮和磁控实现非偏置动量卫星三轴稳定控制，提高了系统可靠性；能够应用于微小卫星和中大型卫星飞轮故障控制模式；根据滚动和偏航磁场强度进行角动量交换控制与陀螺力矩控制切换，算法计算简单，易于工程应用。
【专利说明】非偏置动量单飞轮加磁控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星飞轮姿态控制【技术领域】，具体是ー种非偏置动量单飞轮加磁控制方法，用于卫星在轨长期稳定运行控制。
【背景技术】
[0002]现有的卫星在轨长期稳态控制主要有零动量和偏置动量两种方式，这两种轮控方式都存在一定的缺点:零动量控制要求至少有3个飞轮可用；偏置动量控制沿俯仰轴安装的动量轮要有较大的角动量，动量轮重量、体积和功耗一般较大。微小卫星对飞轮数量、重量、体积和功耗有较大限制，非偏置动量单飞轮+磁控制算法适用于微小卫星控制，同时也适用于中大型卫星飞轮故障控制模式。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种非偏置动量单飞轮加磁控制方法，该方法系统配置要求简单，仅依靠单个飞轮和磁控即可实现非偏置动量卫星三轴稳定控制。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0005]一种非偏置动量单飞轮加磁控制方法，包括如下步骤:
[0006]步骤1，飞轮沿滚动轴安装，确定滚动轴轮控模式及用于磁控的磁场强度:
[0007]-当滚动磁场强度绝对值大于偏航磁场强度绝对值时,俯仰轴磁力矩器对偏航姿态进行磁控制，飞轮采用角动量交換方式对滚动姿态进行控制；或
[0008]-当滚动磁场强度绝对值小于等于偏航磁场強度绝对值吋，偏航姿态基于陀螺力矩控制，飞轮采用角动量交換方式对滚动姿态进行控制；
[0009]步骤2，飞轮沿偏航轴安装，确定偏航轴轮控模式及用于磁控的磁场强度:
[0010]-当偏航磁场强度绝对值大于滚动磁场强度绝对值时,俯仰轴磁力矩器对滚动姿态进行磁控制，飞轮采用角动量交換方式对偏航姿态进行控制；
[0011]-当偏航磁场強度绝对值小于等于滚动磁场强度绝对值时，滚动姿态基于陀螺カ矩控制，飞轮采用角动量交換方式对偏航姿态进行控制；
[0012]步骤3，飞轮斜装，确定轮控模式及用于磁控的磁场强度:
[0013]根据滚动和偏航磁场強度对滚动或偏航进行直接动量交换控制；
[0014]-当滚动磁场强度绝对值大于偏航磁场强度绝对值时，偏航姿态基于陀螺カ矩控制，对滚动姿态进行直接动量交换控制；
[0015]-当滚动磁场强度绝对值小于等于偏航磁场强度绝对值时，滚动姿态基于陀螺カ矩控制，对偏航姿态进行直接动量交换控制；
[0016]步骤4，三轴的磁控电流输出和俯仰轴的飞轮磁卸载融合控制，实现非偏置动量卫星三轴稳定控制。
[0017]优选地，所述步骤I具体包括如下步骤:[0018]所述步骤I具体包括如下步骤:
[0019]步骤1.1，计算轮控电压Vx:
[0020]
【权利要求】
1.一种非偏置动量单飞轮加磁控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1，飞轮沿滚动轴安装，确定滚动轴轮控模式及用于磁控的磁场强度: -当滚动磁场强度绝对值大于偏航磁场强度绝对值时，俯仰轴磁力矩器对偏航姿态进行磁控制，飞轮采用角动量交換方式对滚动姿态进行控制；或 -当滚动磁场强度绝对值小于等于偏航磁场強度绝对值吋，偏航姿态基于陀螺カ矩控制，飞轮采用角动量交換方式对滚动姿态进行控制； 步骤2，飞轮沿偏航轴安装，确定偏航轴轮控模式及用于磁控的磁场强度: -当偏航磁场强度绝对值大于滚动磁场强度绝对值时，俯仰轴磁力矩器对滚动姿态进行磁控制，飞轮采用角动量交換方式对偏航姿态进行控制； -当偏航磁场強度绝对值小于等于滚动磁场强度绝对值吋，滚动姿态基于陀螺カ矩控制，飞轮采用角动量交換方式对偏航姿态进行控制； 步骤3，飞轮斜装，确定轮控模式及用于磁控的磁场强度: 根据滚动和偏航磁场強度对滚动或偏航进行直接动量交换控制； -当滚动磁场强度绝对值大于偏航磁场强度绝对值时，偏航姿态基于陀螺カ矩控制，对滚动姿态进行直接动量交换控制； -当滚动磁场强度绝对值小于等于偏航磁场強度绝对值吋，滚动姿态基于陀螺カ矩控制，对偏航姿态进行直接动量交换控制； 步骤4，三轴的磁控电流输出和俯仰轴的飞轮磁卸载融合控制，实现非偏置动量卫星三轴稳定控制。
2.根据权利要求1所述的非偏置动量单飞轮加磁控制方法，其特征在于，所述步骤I具体包括如下步骤: 步骤1.1,计算轮控电压Vx:
3.根据权利要求1所述的非偏置动量单飞轮加磁控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括如下步骤: 步骤2.1，计算轮控电压Vz: Vpz=Jp*￥
Vszk=Vszk-JKi氺 ￥
Vd =Kd* \f/ 其中，Kp为比例控制參数、Ki为积分控制參数、Kd为微分控制參数；V为偏航轴姿态角；#为偏航轴角速率；Vpz为偏航轴比例控制电压值、Vszk为偏航轴积分控制电压值、Vszk^1为偏航轴上周期积分控制电压值、Vdz为偏航轴微分控制电压值； 所述轮控电压Vz=Vpz+Vsz+Vdz,其中，Vsz为偏航轴积分控制电压值； 步骤2.2，计算磁卸载电流:
I—magx=By氺dwspdz
I—magy=_Bx氺dwspaz
l_magz=0 其中，Bx、By分别为滚动轴和俯仰轴的磁场强度；dWSpdz为偏航轴飞轮待卸载转速；1_magx、I_magy、I_magz分别为滚动轴、俯仰轴和偏航轴的磁卸载电流； 根据磁场強度的分布，By为ー极小值，因此用于滚动轴飞轮卸载的主要是俯仰轴俯仰轴磁力矩器，I_magx近似为O ;步骤2.3，确定用于磁控的磁场强度: 若单飞轮为偏航轴飞轮，则偏航轴姿态主要由偏航轴飞轮进行控制，俯仰轴姿态由滚动轴磁力矩器和偏航轴磁力矩器进行控制，而滚动轴姿态由俯仰轴磁力矩器进行控制；同时俯仰轴磁力矩器兼顾偏航轴的姿态控制，并用于偏航轴飞轮的卸载: -滚动轴磁场强度绝对值大于偏航轴磁场强度绝对值，且偏航轴磁场强度绝对值小于0.1Gs，则:
Mag—X=Bz
Mag—Z=4*Bx -滚动轴磁场强度绝对值不大于偏航轴磁场强度绝对值，或偏航轴磁场强度绝对值不小于0.1Gs，则:
Mag_X=Bx
Mag_Z=-Bz 其中，Bx为滚动轴磁场强度；Mag_X为用于磁控的滚动轴磁场强度；Mag_Z为用于磁控的偏航轴磁场强度； 步骤2.4,计算磁控电流Iconx、Iconz:
Iconx - (ky\ *0 + kyl Bz
Iconz = — (/n-3*6 + ky4*G\* Bx 其中，kyl为俯仰轴姿态角计算滚动轴磁控电流參数、ky2为俯仰轴角速度计算滚动轴磁控电流參数、ky3为俯仰轴姿态角计算偏航轴磁控电流參数、ky4为俯仰轴角速度计算偏航轴磁控电流參数；0为俯仰轴姿态角e ノI俯仰轴角速度为滚动轴磁场強度、Bz为偏航轴磁场强度； 步骤2.5,计算磁电流Ix、Iz输出:
Ix=Iconx
Iz=Iconz0
4.根据权利要求2或3所述的非偏置动量单飞轮加磁控制方法，其特征在于，所述俯仰轴为磁控电流和卸载电流的综合值:
ly=Icony+I_magy
其中:
Icony=Icony1+1cony2 ； IcomA - (/a-1 ^ <p + kx2 Mag _ z ;式中，kxl为滚动轴姿态角计算俯仰轴磁控电流參数、kx2为滚动轴角速度计算俯仰轴磁控电流參数淨、か分别为滚动轴姿态角和滚动轴角速率;Mag_z为用于磁控的偏航轴磁场强度； lconyl = {kz\* \j/if/Mag _ x ;式中，kz I为偏航轴姿态角计算俯仰轴磁控电流參数、kz2分别为偏航轴角速度计算俯仰轴磁控电流參数'V、一分别为偏航轴姿态角和偏航轴角速率;Mag_x为用于磁控的滚动轴磁场强度； Imagy为俯仰轴的磁卸载电流。
5.根据权利要求4所述的非偏置动量单飞轮加磁控制方法，其特征在于，所述Ijnagy通过飞轮安装轴确定。
6.根据权利要求1所述的非偏置动量单飞轮加磁控制方法，其特征在于，所述飞轮斜装对三轴均有角动量分量。
7.根据权利要求1或2所述的非偏置动量单飞轮加磁控制方法，其特征在于，所述步骤I中，俯仰轴磁力矩器根据偏航姿态对滚动施加干扰カ矩，飞轮吸收干扰，通过陀螺カ矩控制偏航姿态。
8.根据权利要求1或3所述的非偏置动量单飞轮加磁控制方法，其特征在于，所述步骤2中，俯仰轴磁力矩器根据滚动姿态对偏航施加干扰カ矩，飞轮吸收干扰，通过陀螺カ矩控制滚动姿态。
9.根据权利要求1所述的非偏置动量单飞轮加磁控制方法，其特征在于，所述飞轮的角动量轴与滚动轴之间的 夹角为30°。
【文档编号】B64G1/32GK103523243SQ201310476491
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】王献忠, 张肖, 张国柱 申请人:上海新跃仪表厂