一種軌控干擾自主抑制方法
【專利說明】
[0001]
技術領域
[0002] 本發明涉及航天器GNC分系統控制技術領域，具體是一種在軌基于質心估計主動 抑制軌控干擾力矩從而降低平臺穩定控制難度的方法，特別適用于有閉環軌控要求，且質 心變化大或由于布局原因使軌控推力器不完全對稱的航天器。
[0003]
【背景技術】
[0004] 隨著航天技術的發展，航天器由于任務要求往往需要消耗大量的推進劑，使星體 質心逐步發生變化，這必然使推力器無法進行全過程的對稱安裝；另外隨著航天器軌道機 動任務的需求提高，往往要求航天器具備6個方向閉環軌控能力，此時軌控推力器不對稱 會加劇姿軌控耦合，對平臺的穩定性控制帶來難度。
[0005] 本發明就是針對上述情況下的一種通過質心估計從根源上主動抑制軌控干擾力 矩的技術方法
【發明內容】
[0006] 為了解決上述現有技術存在的計算量大問題，本發明的目的在于提供一種軌控干 擾自主抑制方法。本發明利用跟瞄單機輸出的相對目標的位置信息對相對動力學的相對位 置誤差和相對速度誤差進行估計和修正。
[0007] 為了達到上述發明目的，本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案是：提供 一種軌控干擾自主抑制方法，軌控指令噴氣根據當前質心位置重新分配主動降低軌控干擾 力矩，包括如下步驟： 1) 星體質心估計 統計推進劑消耗量，根據地面測試確定質心隨推進劑消耗變化參數實時估計星體質 心；根據軌控干擾力矩對估計的星體質心進行微修正； 2) 分配參數確定 根據當前質心位置，并結合一對軌控推力器的安裝位置，確定這對軌控推力器的脈寬 分配參數； 3) 軌控指令重新分配 根據確定的分配參數將上述的這對軌控推力脈寬重新分配。
[0008] 與現有技術相比，本發明的優點在于： 通過將軌控指令噴氣根據質心位置重新分配主動降低軌控對星體的干擾力矩，從根源 上主動降低軌控干擾力矩，而沒有額外姿控算法，方法簡單、有效。
[0009]
【附圖說明】
[0010] 通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它 特征、目的和優點將會變得更明顯： 圖1為一種軌控干擾自主抑制方法流程圖； 圖2為質心變化曲線示意圖（m)。
[0011]
【具體實施方式】
[0012] 參見示出本發明實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發明。然而，本發明可以以 許多不同形式實現，并且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是 為了達成充分及完整公開，并且使本技術領域的技術人員完全了解本發明的范圍。
[0013] 現參考附圖詳細描述根據本發明實施例的軌控干擾自主抑制方法，其步驟圖1所 示，圖2是本發明的質心變化曲線，主要體現為X軸質心變化。
[0014] 步驟一、星體質心估計 1) 統計推進劑消耗量，根據地面測試確定質心隨推進劑消耗變化參數實時估計星體質 心 假設：初始質心為
，質心隨推進劑消耗變化參數戈
，當前 質心消耗量為
； 那么估計得到的當前周期質汜 __ .
. -- 2) 根據軌控干擾力矩對估計的星體質心進行微修正 三軸分別進行修正：其中X軸的質心要依據Y軸和Z軸的軌控干擾力矩進行修正；Y軸 的質心要依據X軸和Z軸的軌控干擾力矩進行修正；Z軸的質心要依據X軸和Y軸的軌控 干擾力矩進行修正。
[0015] 本發明以對X軸的質心進行修正為實例進行詳細說明： Y軸和Z軸的軌控推力均會由于相對X軸的質心不對稱對星體產生干擾力矩，因此可以 通過其中一軸進行估計，本發明的處理方法如下： ⑴若
根據Y軸軌控指令噴氣對Z軸產生的干擾力矩進行估計： 根據本實例中推力器的布局及質心位置，當X軸質心增大時，那么Y軸軌控正噴會Z軸 產生負方向的干擾力矩，因此在基于推進劑消耗估計的質心的基礎上需要修正值&^ (初始值為0):
式中：
-取Y軸軌控指令噴氣的符號，若
，若
貝1J
，否則
； 燈--的--Z軸為抑制干擾力矩產生的控制指令，單位為ms ;
-質心修正參數，在軌可調整。
[0016] (2)否則若
根據Z軸軌控指令噴氣對Y軸產生的干擾力矩進行估計： 根據本實例中推力器的布局及質心位置，當X軸質心增大時，那么Z軸軌控正噴會Y軸產 生正方向的干擾力矩，因此在基于推進劑消耗估計的質心的基礎上需要修正值:
式中：
--取Z軸軌控指令噴氣的符號，
，若
.--Y軸為抑制干擾力矩產生的控制指令，單位為ms ;
--質心修正參數，在軌可調整。
[0017] 3)經過推進劑消耗和軌控干擾力矩估計后的質心《??〃：
步驟二、分配參數確定 Υ軸軌控推力器會由于在X方向不對稱對Ζ軸產生干擾力矩，同時也會由于在Ζ方向不 對稱對X軸產生干擾力矩，此時在確定分配參數時可選取產生干擾力矩大的方向。
[0018] 本實例中由于質心變化主要體現在X軸，因此按照X方向的不對稱性進行分配。假 設： Υ軸上的一對軌控推力器分別為推力器1、推力器2,指令噴氣均為
，且安裝位 置分別定義為、~設Μ」（布局坐標系)，且在X方向的位置推力器2要遠于推力器1。
[0019] 1)若
則說明推力器2比推力器1在X方向上更接近于質心，即在相同軌控指令噴氣情況下， 在Ζ方向產生的軌控干擾力矩絕對值推力器1要大于推力器2 ;因此為了減小干擾力矩，此 時推力器1的軌控指令噴氣應小于推力器2的軌控指令噴氣；因此確定分配參數如下式所 示： 推力器1的比例參數：
； 推力器2的比例參數：
。
[0020] 2)若
則說明推力器1比推力器2在X方向上更接近于質心，即在相同軌控指令噴氣情況下， 在Ζ方向產生的軌控干擾力矩絕對值推力器2要大于推力器1 ;因此為了減小干擾力矩，此 時推力器2的軌控指令噴氣應小于推力器1的軌控指令噴氣；因此確定分配參數如下式所 示： 推力器1的比例參數：
； 推力器2的比例參數：
。
[0021] 同理，Z軸軌控推力器在確定分配參數時采用同樣的方法。
[0022] 步驟三、軌控指令重新分配
經過分配后一對軌控推力器1、2的軌控指令噴氣分別為 ..........：
經過分配后的一對軌控指令噴氣總量可能會小于分配前的值，但由于航天器為閉環軌 控不影響最終的軌控效果。
[0023] 本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域 技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發 明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明 的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案 的保護范圍。
【主權項】
1. 一種軌控干擾自主抑制方法，其特征在于，包括如下的步驟： 1) 星體質心估計 1 一 1)統計推進劑消耗量，根據地面測試確定質心隨推進劑消耗變化參數實時估計星 體質心； 1 一 2)根據軌控干擾力矩對估計的星體質心進行微修正； 2) 分配參數確定 根據當前質心位置，并結合一對軌控推力器的安裝位置，確定這對軌控推力器的脈寬 分配參數； 3) 軌控指令重新分配 根據確定的分配參數將上述的這對軌控推力脈寬重新分配。2. 如權利要求1所述的軌控干擾自主抑制方法，其特點在于， 所述的步驟1 一 1)中：設初始質心為質心隨推進劑消耗變化參 數為當前質心消耗量為，則估計得到的當前周期質心所述的步驟1 一 2)中：三軸分別進行修正：其中X軸的質心要依據Y軸和Z軸的軌控 干擾力矩進行修正；Y軸的質心要依據X軸和Z軸的軌控干擾力矩進行修正；Z軸的質心要 依據X軸和Y軸的軌控干擾力矩進行修正。3. 如權利要求2所述的軌控干擾自主抑制方法，其特點在于，所述步驟1 一 2)中，X軸 的質心進行修正時，Y軸和Z軸的軌控推力均會由于相對X軸的質心不對稱對星體產生干 擾力矩，可通過其中一軸進行估計：根據Y軸軌控指令噴氣對Z軸產生的干擾力矩進行估計： 根據推力器的布局及質心位置，當X軸質心增大時，那么Y軸軌控正噴會Z軸產生負方 向的干擾力矩，因此在基于推進劑消耗估計的質心的基礎上需要修正值（初始值為式中--取Y軸軌控指令噴氣的符號，I-Z軸為抑制干擾力矩產生的控制指令，單位為ms ; --質心修正參數，在軌可調整； (b)否則老根據Z軸軌控指令噴氣對Y軸產生的干擾力矩進行估計： 根據推力器的布局及質心位置，當X軸質心增大時，那么Z軸軌控正噴會Y軸產生正方 向的干擾力矩，因此在基于推進劑消耗估計的質心的基礎上需要修正值式中：I-取Z軸軌控指令噴氣的符號，IT： -Y軸為抑制干擾力矩產生的控制指令，單位為ms ; k一_--質心修正參數，在軌可調整； (C)經過推進劑消耗和軌控干擾力矩估計后的質心4. 如權利要求3所述的軌控干擾自主抑制方法，其特點在于，所述的步驟2)中，確定分 配參數時可選取產生干擾力矩大的方向；由于質心變化主要體現在X軸，因此按照X方向的 不對稱性進行分配； 設Y軸上的一對軌控推力器分別為推力器A、推力器B，指令噴氣均為且安裝 位置分別定義為布局坐標系且在X方向的位置推力器B要遠于推力器A; 2-1)若貝IJ說明推力器B比推力器A在X方向上更接近于質心，即在相同軌控指令噴氣情況下， 在Z方向產生的軌控干擾力矩絕對值推力器A要大于推力器B ;因此為了減小干擾力矩，此 時推力器A的軌控指令噴氣應小于推力器B的軌控指令噴氣；因此確定分配參數如下式所 示： 推力器A的比例參數推力器B的比例參數：則推力器A比推力器B在X方向上更接近于質心，即在相同軌控指令噴氣情況下，在Z 方向產生的軌控干擾力矩絕對值推力器B要大于推力器A ;因此為了減小干擾力矩，此時推 力器B的軌控指令噴氣應小于推力器A的軌控指令噴氣；確定分配參數如下式所示： 推力器A的比例參數：推力器B的比例參數5. 如權利要求4所述的軌控干擾自主抑制方法，其特點在于，經過分配后一對軌控推 力器A、B的軌控指令噴氣分別戈經過分配后的一對軌控指令噴氣總量可能會小于分配前的值，但由于航天器為閉環軌 控不影響最終的軌控效果。
【專利摘要】本發明的一種軌控干擾自主抑制方法，通過將軌控指令噴氣根據質心位置重新分配主動降低軌控對星體的干擾力矩，其步驟包括：首先估計星體質心，用于確定分配參數；其次，根據估計的質心計算分配參數；最后，軌控指令噴氣根據參數重新分配。利用該方法可解決具有大質心變化特性或軌控推力器布局不對稱的航天器閉環軌控過程給星體帶來大的干擾，造成姿軌控強耦合激起星體撓性震蕩等后果。
【IPC分類】G05B13/04, G05D1/08
【公開號】CN105487378
【申請號】CN201410474509
【發明人】張肖, 王獻忠, 柳明閔, 盧翔, 張國柱
【申請人】上海新躍儀表廠
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2014年9月17日