一种利用飞轮从磁轮联控状态恢复到正常姿态控制的方法技术

一种利用飞轮从磁轮联控状态恢复到正常姿态控制的方法，步骤为：(1)在卫星遥控系统设置可以通过遥控注数的方式将俯仰方向飞轮的转速控制指令发送至星载计算机；(2)在卫星处于磁轮联控状态时，向星载计算机注入使得俯仰方向飞轮转速置零的指令，星载计算机接到置零的指令之后在每个控制周期采集俯仰方向飞轮的实时转速ωY，并判定ωY＝0是否成立，如果成立则进入下一步；如果不成立，则将ωYC＝ωY‑△ω作为该控制周期的目标转速发送给俯仰方向飞轮，使其转速在原先转速的基础上减少△ω，并通过若干个控制周期判定俯仰方向飞轮的实时转速处于0～△ω之间后进入下一步；(3)星上各飞轮的转速维持不变，直到接到注数指令后逐渐恢复到三轴稳定姿态控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星姿态控制
，具体涉及一种利用飞轮对卫星姿态进行调整的方法。
技术介绍
卫星上常配置的执行机构有三种：推力器、反作用飞轮(简称飞轮)和磁力矩器。正常情况下，卫星工作在飞轮控制模式。随着对卫星姿态控制安全性要求的提高，星上安全模式一般都有磁轮联控这种最小配置的控制模式，该模式为卫星应急状态下，利用星上的最小配置和最少的能源需求，实现卫星对日定向。该模式需要将Y向飞轮启旋到最高转速，在此状态下Y向飞轮不再具备调节控制卫星姿态角和角速度的能力，而为了恢复到卫星的正常三轴稳定状态，必须使用其他的执行机构如推力器来进行控制状态的恢复，而利用推力器进行控制，还需要陀螺的信息和姿态敏感器(如红外或星敏等)的信息，这些敏感单机和执行机构的使用和接入会给系统带来不确定性的安全隐患，甚至使得卫星高速旋转。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种尽量利用飞轮作为执行机构使得卫星从磁轮联控模式恢复到正常姿态控制的方法，可以提高卫星控制的安全性。本专利技术的技术解决方案是：一种利用飞轮从磁轮联控状态恢复到正常姿态控制的方法，包括如下步骤：(1)在卫星遥控系统设计时，设置可以通过遥控注数的方式将俯仰方向飞轮的转速控制指令发送至星载计算机；(2)在卫星处于磁轮联控状态时，向星载计算机注入使得俯仰方向飞轮转速置零的指令，星载计算机接到置零的指令之后在每个控制周期采集俯仰方向飞轮的实时转速ωY，并判定ωY＝0是否成立，如果成立则进入下一步；如果不成立，则将ωYC＝ωY-△ω作为该控制周期的目标转速发送给俯仰方向飞轮，使其转速在原先转速的基础上减少△ω，并通过若干个控制周期判定俯仰方向飞轮的实时转速处于0～△ω之间后进入下一步；(3)星上各飞轮的转速维持不变，直到接到进入恢复正常状态的注数指令后逐渐恢复到三轴稳定姿态控制。所述的△ω为一个固定值，取值为min(Δω(k))，其中Δω(k)＝My(k)×ΔT/J，式中ΔT为控制周期，J为俯仰方向飞轮的角动量，My(k)为磁力矩在俯仰方向提供的磁力矩，k为所需的控制周期个数。所述步骤(2)中，俯仰方向飞轮在每个控制周期内的动量变化通过磁力矩器产生的磁力矩吸收。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术方法首次实现了在磁轮联控模式下逐渐将Y向飞轮的转速降到低转速，期间产生的角动量通过磁力矩器产生的磁力矩来抵消吸收。这样操作后，飞轮在低转速下有较大的控制能力调节控制卫星姿态角和角速度，使得后续通过飞轮能回到正常控制模式。避免了一般情况下必须使用其他的执行机构如推力器来进行控制恢复状态所带来的不确定性安全隐患；(2)由于本专利技术方法中设计给俯仰方向飞轮控制转速预留一个遥控注数参数，操作时只需通过遥控注数的方式将该转速控制指令发送至星载计算机，因此方法易于星上实现和地面操作。附图说明图1为本专利技术方法的流程框图。具体实施方式本专利技术方法的基本原理是：从系统设计角度保证通过遥控注数可以将Y向飞轮的转速指令发到星载计算机；当注入转速与上一次指令转速不同时，以每个控制周期变化小量转速△ω后注入转速，期间飞轮的动量变化通过磁力矩器产生的磁力矩吸收；恢复到正常姿态之前，注入Y向飞轮的转速为0，星上响应该指令；Y向飞轮转速逐渐到0，此后，星上飞轮转速维持不变，直到注数进入飞轮全姿态模式，此后系统按流程逐渐恢复到正常姿态控制。为了卫星能够实现三轴稳定控制，在卫星本体的X、Y、Z三个轴上(卫星本体坐标系OXYZ的原点O在卫星质心，对地定向三轴稳定卫星在正常稳态飞行情况下该坐标系通常与轨道坐标系重合，卫星轨道坐标系OoXoYoZo原点Oo在卫星质心，Zo轴在卫星轨道平面内，指向地心；Xo轴在卫星轨道平面内，垂直于Zo轴，并指向飞行方向；Yo轴按右手法则确定)通常各安装至少一台飞轮，分别用于控制卫星本体坐标系相对轨道坐标系的的X轴、Y轴和Z轴的姿态。磁轮对日定向方案的基本思想：在卫星失去姿态后，利用星上的最小配置首先实现卫星对日定向，以确保星上能源供应，从而为进一步抢救提供条件。最小配置单机包括姿轨控计算机、Y向飞轮、磁强计、磁力矩器。该模式执行主要包括以下几个方面：1)Y向飞轮起旋到最高负转速并一直维持。2)磁力矩器的指令磁矩计算设计三个正交轴上产生磁矩为式中：K为增益系数，Bi(k)、Bi(k-1)分别为当前时刻和上一个采样时刻测得的磁场强度(i＝x，y，z)对以上算出的磁矩进行编码处理，发送给磁力矩器。这种状态下Y向飞轮不再具备调节控制卫星姿态角和角速度的能力，为了恢复到卫星的正常三轴稳定状态，必须使用其他的执行机构如推力器来进行控制恢复状态。而为了避免使用推力器控制模式带来的不确定性安全隐患，本专利技术方法首次提出利用飞轮作为执行机构使得卫星恢复正常姿态控制。因此为了能利用飞轮恢复到正常姿态，首先需要在磁轮联控模式下将Y向飞轮的转速降到低转速。为此需要从系统设计保证有遥控注数将Y向飞轮的转速指令发到星载计算机；当注入转速与上一次指令转速不同时，以每个控制周期变化小量转速△ω的速率到注入转速，期间飞轮的动量变化通过磁力矩器产生的磁力矩吸收。其中小量转速△ω的选取跟在轨的磁力矩相关，可以在地面通过下式计算得到每一拍能吸收的飞轮角动量变化值：Δω(k)＝My(k)×ΔT/J式中ΔT为控制周期，J为Y向飞轮的角动量，My(k)为磁力矩在俯仰方向(Y向)提供的磁力矩。最终在星上实现时，△ω为一个固定值，可以选取min(Δω(k))。具体操作实施时，一般先注入Y向飞轮的转速为0，星上响应该指令；Y向飞轮逐渐回零，期间产生的角动量通过磁力矩器产生的磁力矩来抵消吸收。Y向飞轮回零后，星上飞轮转速维持不变，直到注数进入飞轮全姿态模式，此后系统按流程逐渐恢复到正常姿态控制。整个控制流程如图1所示。本专利技术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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用飞轮从磁轮联控状态恢复到正常姿态控制的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)在卫星遥控系统设计时，设置可以通过遥控注数的方式将俯仰方向飞轮的转速控制指令发送至星载计算机；(2)在卫星处于磁轮联控状态时，向星载计算机注入使得俯仰方向飞轮转速置零的指令，星载计算机接到置零的指令之后在每个控制周期采集俯仰方向飞轮的实时转速ωY，并判定ωY＝0是否成立，如果成立则进入下一步；如果不成立，则将ωYC＝ωY‑△ω作为该控制周期的目标转速发送给俯仰方向飞轮，使其转速在原先转速的基础上减少△ω，并通过若干个控制周期判定俯仰方向飞轮的实时转速处于0～△ω之间后进入下一步；(3)星上各飞轮的转速维持不变，直到接到进入恢复正常状态的注数指令后逐渐恢复到三轴稳定姿态控制。

【技术特征摘要】
1.一种利用飞轮从磁轮联控状态恢复到正常姿态控制的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)在卫星遥控系统设计时，设置可以通过遥控注数的方式将俯仰方向飞轮的转速控制指令发送至星载计算机；(2)在卫星处于磁轮联控状态时，向星载计算机注入使得俯仰方向飞轮转速置零的指令，星载计算机接到置零的指令之后在每个控制周期采集俯仰方向飞轮的实时转速ωY，并判定ωY＝0是否成立，如果成立则进入下一步；如果不成立，则将ωYC＝ωY-△ω作为该控制周期的目标转速发送给俯仰方向飞轮，使其转速在原先转速的基础上减少△ω，并通过若干个控制周期判定俯仰方向飞轮的实时转速处于0～△ω之间后进入下一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文妍，张艳召，吴敬玉，张云霞，钟金凤，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31