專利名稱：主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明隸屬于航天器控制技術(shù)研究領(lǐng)域。尤其涉及微小衛(wèi)星平臺(tái)的輕小型化、低功耗、長壽命、高可靠的姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制方法及系統(tǒng)。該控制方法以及該方法所采用的姿態(tài)控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于同類型的低軌道、中精度通信小衛(wèi)星。
背景技術(shù)：
小衛(wèi)星在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，備受世界各國青睞。姿態(tài)控制方法及系統(tǒng)是小衛(wèi)星技術(shù)的研究核心，它的主要任務(wù)是在衛(wèi)星各工作階段對其進(jìn)行姿態(tài)控制，確保姿態(tài)指向精度，為衛(wèi)星的安全飛行提供重要保障。姿控系統(tǒng)性能直接影響著小衛(wèi)星的成敗，它已成為國際航天領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)，許多國家都投入大量經(jīng)費(fèi)及研究力量對此技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)并已取得多項(xiàng)研究成果。目前小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是輕小型化、低功耗、長壽命、可重構(gòu)、利用最少的資源配置保證系統(tǒng)安全、可靠。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適合小衛(wèi)星平臺(tái)的能耗低，采用的控制系統(tǒng)重量輕、體積小、可靠性高、成本低的主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制方法，其特征在于首先利用姿態(tài)測量單機(jī)對衛(wèi)星姿態(tài)變化進(jìn)行測量，然后根據(jù)姿態(tài)測量單機(jī)測量結(jié)果及衛(wèi)星所處空間環(huán)境，選用適當(dāng)定姿算法，得到衛(wèi)星姿態(tài)信息，此信息經(jīng)姿控軟件計(jì)算可得到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號，最終即可通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對衛(wèi)星姿態(tài)的控制。
本發(fā)明的系統(tǒng)由姿態(tài)測量單機(jī)、姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及運(yùn)行控制算法的控制器組成，控制器的輸入端接姿態(tài)測量單機(jī)，輸出端接姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述姿態(tài)測量單機(jī)包括磁強(qiáng)計(jì)、太陽敏感器和紅外地平儀，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括磁力矩器、偏置動(dòng)量輪和重力梯度桿，控制器由Inter 80C86～80386級的控制芯片和外圍電路組成。
本發(fā)明的主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)如下指向精度俯仰、滾動(dòng)＜5°；偏航＜8°姿態(tài)測量精度俯仰、滾動(dòng)、偏航2°姿控分系統(tǒng)總質(zhì)量14.5kg；姿控分系統(tǒng)平均功耗7W；姿控分系統(tǒng)工作壽命2年捕獲控制時(shí)間300分鐘建立穩(wěn)態(tài)(初始分離偏差為3.0/s)本發(fā)明的主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)在衛(wèi)星入軌后的工作模式及工作流程為(1)消除星箭分離引起的初始擾動(dòng)利用衛(wèi)星本體所處磁場的變化情況間接敏感衛(wèi)星角速率變化，同時(shí)磁力矩器對俯仰軸角速率，滾動(dòng)軸及偏航軸的章動(dòng)角速率進(jìn)行阻尼。
(2)磁控地心捕獲速率阻尼完成后，利用磁控方法實(shí)施地心捕獲，使衛(wèi)星能夠滿足伸桿條件。
(3)打開重力梯度桿衛(wèi)星捕獲地心后，姿控系統(tǒng)發(fā)出伸桿指令，重力梯度桿打開。本發(fā)明的姿控系統(tǒng)采用磁力矩器控制及動(dòng)量輪控制相結(jié)合的方法阻尼重力梯度桿伸展后衛(wèi)星的天平動(dòng)，另外，如果偏置動(dòng)量輪轉(zhuǎn)速飽和，還可使用磁力矩器對其進(jìn)行卸載。
(4)穩(wěn)態(tài)工作由于軌道進(jìn)動(dòng)及干擾力矩的影響，仍需對衛(wèi)星進(jìn)行天平動(dòng)阻尼，進(jìn)動(dòng)控制(赤道附近)及章動(dòng)阻尼(極區(qū)附近)。
(5)故障模式提出了不同敏感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障時(shí)的相應(yīng)處理對策，此模式貫穿于正常姿控模式中，并與其形成一個(gè)有機(jī)整體。
本發(fā)明的主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)在國內(nèi)首次大膽采用了主動(dòng)磁控為主的重力梯度穩(wěn)定與動(dòng)量輪偏置穩(wěn)定相結(jié)合的方案，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星入軌后的快速捕獲，確保了衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)具有穩(wěn)定的對地指向，其綜合性能達(dá)到國際同類系統(tǒng)的技術(shù)水平。
本發(fā)明與國內(nèi)外同類技術(shù)比較有如下積極效果1、國內(nèi)衛(wèi)星通常采用角速率敏感器及噴氣裝置實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的快速捕獲?？紤]到小衛(wèi)星所具有“低成本、低功耗”特點(diǎn)，本發(fā)明的系統(tǒng)并未采納上述姿控方案，而是在國內(nèi)首次大膽地采用了以主動(dòng)磁控為主，結(jié)合重力梯度穩(wěn)定和動(dòng)量輪偏置穩(wěn)定的控制方案，并在“創(chuàng)新一號”小衛(wèi)星上得到成功應(yīng)用。
2、國外采用主動(dòng)磁控方法實(shí)現(xiàn)同類型小衛(wèi)星姿態(tài)捕獲，通常需要幾軌到十幾軌時(shí)間。而本系統(tǒng)巧妙地利用了磁強(qiáng)計(jì)信息，在偏置穩(wěn)定的前提下，通過主動(dòng)磁控實(shí)現(xiàn)了對衛(wèi)星姿態(tài)的快速捕獲及其三軸穩(wěn)定控制，采用本發(fā)明研制的姿態(tài)控制系統(tǒng)的“創(chuàng)新-1”小衛(wèi)星在不到一軌時(shí)間即完成了入軌姿態(tài)捕獲，其性能與國外同類衛(wèi)星相當(dāng)。
3、通常，國內(nèi)衛(wèi)星姿控系統(tǒng)中的磁力矩器主要用于動(dòng)量輪卸載及章動(dòng)、進(jìn)動(dòng)控制，較少作為衛(wèi)星姿態(tài)的主要控制手段，本發(fā)明基于磁力矩器無機(jī)械活動(dòng)部件、性能穩(wěn)定、功耗低等優(yōu)點(diǎn)以及小衛(wèi)星低功耗、輕小型化及高可靠性等特點(diǎn)，創(chuàng)新性地將衛(wèi)星三軸主動(dòng)磁控與偏置動(dòng)量穩(wěn)定結(jié)合起來，成功地實(shí)現(xiàn)了對衛(wèi)星姿態(tài)的準(zhǔn)確快速控制。
本發(fā)明的系統(tǒng)以磁控為主要控制手段，其系統(tǒng)質(zhì)量僅為14.5kg、平均功耗為7W，具有輕小型化、低功耗、低成本、長壽命、高可靠性等的特點(diǎn)，完全符合目前國際小衛(wèi)星發(fā)展的技術(shù)要求，“創(chuàng)新一號”的工作情況充分驗(yàn)證了本系統(tǒng)的綜合指標(biāo)已達(dá)到國際同類系統(tǒng)的技術(shù)水平。
本發(fā)明的姿態(tài)控制系統(tǒng)成功應(yīng)用于“創(chuàng)新一號”小衛(wèi)星，系統(tǒng)工作正常，性能良好，指向精度滿足并優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。星箭分離后，在不到一軌時(shí)間即快速、平穩(wěn)地完成了對地快速捕獲，成功伸展了重力梯度桿，完全按照設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星的捕獲和穩(wěn)態(tài)控制。
本發(fā)明提出的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案在我國自行研制的首顆100kg以下微小衛(wèi)星——“創(chuàng)新-1”中的成功應(yīng)用為我國小衛(wèi)星姿控平臺(tái)研究提出了新的發(fā)展方向。本方案中系統(tǒng)重構(gòu)、時(shí)分復(fù)用磁測控等關(guān)鍵技術(shù)的研究為小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了極其重要的參考。
本發(fā)明以主動(dòng)磁控為主的控制方案具有能耗低、重量輕、體積小、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，完全符合小衛(wèi)星“快、好、省”的發(fā)展原則，它將在中低軌道通信小衛(wèi)星及星座的研究中具有非常廣闊的工程應(yīng)用前景。
本發(fā)明中成功運(yùn)用的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想均能推廣到多種空間飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。如主動(dòng)控制與被動(dòng)穩(wěn)定相結(jié)合的思想；系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)的軟、硬件重構(gòu)技術(shù)；低功耗、低成本設(shè)計(jì)理念等均對航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的研制具有重要的借鑒意義，積極推進(jìn)了我國高性能現(xiàn)代航天技術(shù)的發(fā)展。
“創(chuàng)新一號”小衛(wèi)星是首顆由我國完全自主設(shè)計(jì)與研制的重量低于100公斤的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)通信小衛(wèi)星?！皠?chuàng)新一號”的研制開始于1999年3月，2003年10月21日在太原發(fā)射中心成功發(fā)射，在軌測試及長期運(yùn)行情況表明，小衛(wèi)星姿態(tài)控制平臺(tái)穩(wěn)定可靠，整星工作正常，性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求?！皠?chuàng)新一號”已于2004年2月19日通過了中科院組織的項(xiàng)目驗(yàn)收。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)基本工作原理示意圖。
圖2為本發(fā)明主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)組成原理圖。
圖3為本發(fā)明主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)定姿優(yōu)先級示意4為本發(fā)明主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)解決磁測與磁控相互干擾的控制時(shí)序示意圖。
圖5為本發(fā)明主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的磁測與磁控的時(shí)序流示意圖。
圖6為本發(fā)明本發(fā)明主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)工作的詳細(xì)算法流程圖。
具體實(shí)施例方式
參看附圖，其主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制方法，首先利用姿態(tài)測量單機(jī)對衛(wèi)星姿態(tài)變化進(jìn)行測量，然后根據(jù)姿態(tài)測量單機(jī)測量結(jié)果及衛(wèi)星所處空間環(huán)境，選用適當(dāng)定姿算法，得到衛(wèi)星姿態(tài)信息，此信息經(jīng)姿控軟件計(jì)算可得到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號，最終即可通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對衛(wèi)星姿態(tài)的控制。
上述主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制方法所采用的系統(tǒng)由姿態(tài)測量單機(jī)、姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及運(yùn)行控制算法的控制器組成，控制器的輸入端接姿態(tài)測量單機(jī)，輸出端接姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述姿態(tài)測量單機(jī)包括磁強(qiáng)計(jì)、太陽敏感器和紅外地平儀，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括磁力矩器、偏置動(dòng)量輪和重力梯度桿，控制器由Inter 80C86～80386級的控制芯片和外圍電路組成。
下面具體詳細(xì)描述本發(fā)明。
本發(fā)明的主要技術(shù)實(shí)施方式包括(1)磁力矩器主動(dòng)磁控、重力梯度桿加偏置動(dòng)量輪相結(jié)合的系統(tǒng)組成方案本發(fā)明提出采用主動(dòng)磁控、重力梯度、偏置動(dòng)量穩(wěn)定三者相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，它具有低成本、輕小型化及高可靠性等特點(diǎn)，將衛(wèi)星姿態(tài)主動(dòng)控制與被動(dòng)穩(wěn)定有機(jī)地結(jié)合起來，可以極大地提高整個(gè)系統(tǒng)可靠性，非常適用于小衛(wèi)星的姿態(tài)控制。主動(dòng)磁控充分利用磁力矩器無機(jī)械活動(dòng)部件、性能穩(wěn)定、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，確保了系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性及長壽命；動(dòng)量輪地面起旋，其偏置動(dòng)量約束了衛(wèi)星的初始姿態(tài)、降低磁控的復(fù)雜性。
具體包括a)重力梯度桿重力梯度桿機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星長壽命的主要部件之一，利用伸桿機(jī)構(gòu)使端質(zhì)量與星體形成沿衛(wèi)星縱軸與橫軸之間大的慣量差，從而可利用衛(wèi)星重力梯度力矩和離心力的共同作用，使最小慣量軸保持指向地心，以保證衛(wèi)星對地的指向。主要指標(biāo)為端質(zhì)量3.3kg伸桿長度6m伸桿速度1.129m/s。
b)磁力矩器星上重要的主動(dòng)控制部件，由3根磁棒及其功放電路組成，在磁棒線圈中通過電流產(chǎn)生可控磁矩，與地磁場作用，產(chǎn)生三軸的控制力矩。技術(shù)指標(biāo)額定通電磁矩5±0.5A.m2。
c)微型偏置動(dòng)量輪在衛(wèi)星捕獲段時(shí)保持額定的轉(zhuǎn)速，提供衛(wèi)星滾動(dòng)和偏航軸穩(wěn)定的慣性力矩，并可在穩(wěn)態(tài)時(shí)微調(diào)轉(zhuǎn)速，提供俯仰控制力矩。主要指標(biāo)中心角動(dòng)量1.0N.m.s，動(dòng)量控制范圍1±0.2N.m.s中心轉(zhuǎn)速4000rpm，轉(zhuǎn)速范圍3200~4800rpm輸出力矩0.02~0.05N.m。
d)三軸磁強(qiáng)計(jì)三軸磁強(qiáng)計(jì)用于在軌測量衛(wèi)星本體坐標(biāo)系下三軸磁場矢量強(qiáng)度，根據(jù)定姿算法以確定衛(wèi)星的三軸姿態(tài)。主要指標(biāo)量程(X、Y、Z軸)-50000nT～+50000nT分辨率2nT。
e)模擬太陽敏感器模擬太陽敏感器安裝在衛(wèi)星的對太陽面上，通過測量敏感器平面與太陽矢量之間的夾角，得到衛(wèi)星本體相對太陽矢量的夾角，進(jìn)而與磁強(qiáng)計(jì)聯(lián)合確定衛(wèi)星的姿態(tài)。
主要指標(biāo)角度分辨率優(yōu)于0.3°測量精度2°。
f)靜態(tài)紅外地平儀靜態(tài)紅外地平儀通過測量地球與太空的邊界確定小衛(wèi)星的俯仰軸和滾動(dòng)軸的姿態(tài)角，為小衛(wèi)星提供可靠的物理基準(zhǔn)。技術(shù)指標(biāo)測量角范圍±10°測量精度1°。
(2)無陀螺等角速率測量器件下的姿態(tài)控制方法衛(wèi)星姿態(tài)控制通常需要姿態(tài)角速率信息，但考慮到小衛(wèi)星的任務(wù)要求及小衛(wèi)星簡化系統(tǒng)、節(jié)省資源的研制原則，本發(fā)明在沒有角速率測量器件前提下實(shí)現(xiàn)了小衛(wèi)星的姿態(tài)控制，具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)包括a)根據(jù)地磁場變化情況完成了衛(wèi)星速率阻尼和章動(dòng)阻尼控制磁強(qiáng)計(jì)所測磁場變化 由衛(wèi)星飛行的軌道位置變化引起的一個(gè)采樣周期內(nèi)地磁場變化 量是極小的，較A/D精度小一個(gè)量級，可以忽略。 就反映了 所以可以通過控制 的方法達(dá)到控制角速率的目的。根據(jù)磁場變化率即Bxdot的符號施加磁矩控制磁矩PVb=PbxPbyPbz=-Posign(Bxdot)0-Posign(Bzdot)+0-Posign(Bydot)0]]>式中，Po-磁力矩器產(chǎn)生的最大額定磁矩； -所施加的控制磁；Bxdot，Bzdot-地磁在本體坐標(biāo)系滾動(dòng)軸和偏航軸方向分量的變化率，它們反映了衛(wèi)星在俯仰軸方向的角速率變化。
Bydot-地磁在本體坐標(biāo)系俯仰軸方向分量的變化率，它們反映了衛(wèi)星在滾動(dòng)軸和偏航軸方向的角速率變化。
b)通過對力矩沖量矩作用效果的估算及對角度信息的非線性分區(qū)設(shè)計(jì)非線性磁控算法，高效、可靠地實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星地心捕獲及天平動(dòng)阻尼；θ為待控的衛(wèi)星俯仰角。
原理上一個(gè)控制周期便可以完全收斂，但在工程實(shí)施中，由于地磁場大小是時(shí)變的，在θmax/2兩邊引起力矩不平衡，會(huì)帶來不理想的結(jié)果。所以需要結(jié)合地磁和磁力矩，在分幅時(shí)，同時(shí)考慮角動(dòng)量定理M=dhdt=Idωdt]]>積分得到Iθ=∫t0t1Mdt]]>選擇合適的時(shí)間t1使θt1＝θmax/2，之后施加另一周期的控制。
c)根據(jù)地磁特性及控制原則合理分段，抑制了磁控章動(dòng)阻尼和進(jìn)動(dòng)控制間的相互影響，優(yōu)化了章動(dòng)阻尼和進(jìn)動(dòng)控制的收斂效果。
利用磁強(qiáng)計(jì)信息，在赤道附近進(jìn)行進(jìn)動(dòng)控制，在兩極進(jìn)行章動(dòng)阻尼，見附圖5章動(dòng)、進(jìn)動(dòng)分區(qū)圖。
III區(qū)——|BZ|≥3×|BX|]]>區(qū)(在地球的兩極附近)，實(shí)施章動(dòng)阻尼，Tx＞＞Tz，主要控制滾動(dòng)角φ。
I區(qū)、II區(qū)——|BX|≥3×|BZ|]]>和13|BZ|≤|BX|<3×|BZ|]]>兩區(qū)(接近赤道)，實(shí)施進(jìn)動(dòng)控制。
(3)以地磁測量為主的多模式姿態(tài)確定技術(shù)本發(fā)明以三軸磁強(qiáng)計(jì)為主姿態(tài)敏感器，結(jié)合太陽敏感器、紅外地平儀組成多種定姿模式，各模式間相互備份，有效保證了系統(tǒng)的可靠性。其中，磁強(qiáng)計(jì)與小型太陽敏感器結(jié)合并采用簡化QUEST雙矢量定姿算法；磁強(qiáng)計(jì)與紅外地平儀組合可進(jìn)一步提高系統(tǒng)定姿精度。定姿算法的優(yōu)先順序參見附圖3。
首先在速率阻尼段和伸桿段不需要定姿，其他情況下，首先考慮定姿精度較高的地平儀，然后是雙矢量定姿，若地平儀數(shù)據(jù)無效(包含地平儀故障)且又在地影區(qū)則只能采用純磁測的一維定姿。
(4)有效地解決了磁測與磁控的相互干擾本發(fā)明同時(shí)采用了磁測與磁控技術(shù)，兩者同時(shí)工作很容易產(chǎn)生相互干擾，影響定姿精度。因此，本發(fā)明中采用了時(shí)分復(fù)用技術(shù)，將每個(gè)采用周期分為兩個(gè)子周期，保證磁強(qiáng)計(jì)采樣在磁力矩器消磁之后進(jìn)行，通過對磁測、磁控、軌道預(yù)報(bào)及姿態(tài)計(jì)算的巧妙安排，有效地解決了磁控與磁測間的相互干擾，同時(shí)也明顯減少了本系統(tǒng)對星上計(jì)算資源的占用，詳細(xì)時(shí)序流圖參見附圖4和附圖5。
(5)故障模式下的系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)中采用了系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)，當(dāng)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，其工作模式可以進(jìn)行重構(gòu)，從正常模式迅速轉(zhuǎn)為故障模式，并采用相應(yīng)的應(yīng)對措施，最大限度地提高了系統(tǒng)的魯棒性與可靠性。本發(fā)明考慮的主要故障模式及相應(yīng)系統(tǒng)重構(gòu)方式如下a)重力桿故障——本系統(tǒng)從正常模式自動(dòng)進(jìn)入故障模式，故障解除后恢復(fù)正常模式；b)敏感器故障——多種備份定姿模式間進(jìn)行切換；c)動(dòng)量輪故障——經(jīng)星上自主判斷后，本系統(tǒng)轉(zhuǎn)入注入模式，由地面注入程序代碼進(jìn)行遙控。
權(quán)利要求
1.主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制方法，其特征在于首先利用姿態(tài)測量單機(jī)對衛(wèi)星姿態(tài)變化進(jìn)行測量，然后根據(jù)姿態(tài)測量單機(jī)測量結(jié)果及衛(wèi)星所處空間環(huán)境，選用適當(dāng)定姿算法，得到衛(wèi)星姿態(tài)信息，此信息經(jīng)姿控軟件計(jì)算可得到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號，最終即可通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對衛(wèi)星姿態(tài)的控制。
2.如權(quán)利要求1所述的姿態(tài)控制方法，其特征在于所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用主動(dòng)磁控與重力梯度加偏置動(dòng)量穩(wěn)定相結(jié)合的方式完成對衛(wèi)星姿態(tài)的控制。
3.如權(quán)利要求1所述的姿態(tài)控制方法，其特征在于所述的定姿算法包含根據(jù)地磁場變化情況完成了衛(wèi)星速率阻尼和章動(dòng)阻尼控制算法；通過對力矩沖量矩作用效果的估算及對角度信息的非線性分區(qū)設(shè)計(jì)的非線性磁控算法以及根據(jù)地磁特性及控制原則合理分段來抑制磁控章動(dòng)阻尼和進(jìn)動(dòng)控制間的相互影響算法。
4.如權(quán)利要求1所述的姿態(tài)控制方法，其特征在于以三軸磁強(qiáng)計(jì)為主姿態(tài)敏感器，結(jié)合太陽敏感器、紅外地平儀組成多種定姿模式，各模式間相互備份。
5.如權(quán)利要求1所述的姿態(tài)控制方法，其特征在于采用時(shí)分復(fù)用方法，將每個(gè)采用周期分為兩個(gè)子時(shí)間段，使磁強(qiáng)計(jì)采樣在磁力矩器消磁之后進(jìn)行。
6.一種如權(quán)利要求1所述姿態(tài)控制方法所采用的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由姿態(tài)測量單機(jī)、姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及運(yùn)行控制算法的控制器組成，控制器的輸入端接姿態(tài)測量單機(jī)，輸出端接姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述姿態(tài)測量單機(jī)包括磁強(qiáng)計(jì)、太陽敏感器和紅外地平儀，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括磁力矩器、偏置動(dòng)量輪和重力梯度桿，控制器由Inter 80C86～80386級的控制芯片和外圍電路組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主動(dòng)磁控為主的微小衛(wèi)星姿態(tài)控制方法及系統(tǒng)，為航天衛(wèi)星設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供了一種新型的低功耗、小尺寸、高可靠性的微小型衛(wèi)星三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制系統(tǒng)。本發(fā)明采用以磁力矩器主動(dòng)磁控為主，結(jié)合重力梯度桿與動(dòng)量輪偏置穩(wěn)定的控制系統(tǒng)作為衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定平臺(tái)；突破了傳統(tǒng)磁控平臺(tái)對陀螺的依賴，采用Minus－Bdot等主動(dòng)磁控實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星入軌快速捕獲，通過在軌實(shí)測表明達(dá)到國際同類系統(tǒng)的技術(shù)水平；發(fā)明采用時(shí)分復(fù)用的方法，解決了磁測與磁控的磁場干擾問題；根據(jù)地球磁場特性，設(shè)計(jì)了衛(wèi)星章動(dòng)與進(jìn)動(dòng)的分區(qū)控制，優(yōu)化了的平臺(tái)的穩(wěn)定收斂效果；通過定姿算法重構(gòu)，減少了硬件備份，減輕了系統(tǒng)重量，降低了功耗，提高了系統(tǒng)的可重構(gòu)性及可靠性。
文檔編號G05D1/08GK1983098SQ200510111490
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者朱振才, 陳宏宇, 張靜, 張銳, 姜浩, 余勇 申請人:上海微小衛(wèi)星工程中心