【技术实现步骤摘要】
一种在轨航天器纯三轴磁控方法
[0001]本专利技术涉及航天器姿态控制
,尤其涉及一种在轨航天器纯三轴磁控方法。
技术介绍
[0002]航天器研制技术的飞速发展使一大批飞行器姿态控制相关的控制理论和控制执行器件被应用到实际的工程中。在传统航天器在轨操控任务中,通常使用惯性推力进行相对运动控制,推进剂储量会影响航天器在轨工作能力和寿命。另一方面,惯性推力存在羽流污染,对光学测量设备等存在干扰隐患。因此,利用地磁场来控制航天器姿态作为一种既简单又可靠的方法开始引起人们的关注,该方法特别适合处于地磁场强度较强区域的地球低轨道航天器姿态控制系统。同时,考虑到作为执行机构的磁力矩器具有质量轻、能耗低、结构简单、可靠性高等优点,越来越多的航天器都把磁力矩器用在航天器的姿态控制系统中。
[0003]然而,现有大部分研究是通过将磁力矩器与飞轮组合使用的方法实现航天器姿态控制,采用纯磁控方法进行航天器姿态控制的相关研究则较少。同时,在以往的研究中,磁力矩器主要应用于低精度稳定、动量交换装置卸载及航天器去翻滚控制等情况。随着航天器技术和应用的飞速发展,简单、可靠的磁力矩器用于航天器姿态控制系统的需求将会越来越大。资料显示,在已发射的小卫星中,有2/3的小卫星都把磁力矩器用于卫星的姿态控制系统中,在航天器对接分离、在轨组装、编队飞行、故障航天器救援和废弃航天器离轨等领域具有广泛应用前景。因此,加强性能优异、可靠性高的纯磁控算法研制工作,并进行纯磁控算法的可控性分析具有重要的研究意义。
技术实现思路
[0004 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种在轨航天器纯三轴磁控方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:给出纯磁控条件下航天器执行器力矩方程;步骤2:给出航天器姿态运动学和姿态误差运动学模型;步骤3:在步骤1和步骤2的基础上,构建纯磁控条件下的姿态控制器使执行机构输出控制力矩并施加在航天器姿态误差动力学模型上完成姿态控制。2.根据权利要求1所述的在轨航天器纯三轴磁控方法,其特征在于,在所述步骤1中,所述的磁力矩器力矩方程为:T=M
×
B
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中M是磁力矩器通过控制线圈中的电流来产生指定方向的磁偶极矩,磁偶极矩与地球磁场相互作用,产生与地球磁场B矢量垂直的控制外力矩T。3.根据权利要求2所述的在轨航天器纯三轴磁控方法,其特征在于,在所述步骤2中,考虑到纯磁控算法中磁力矩器的特殊性,采取了如下设置:u=[u1,u2,u3]
T
,|u
i
|≤0.005N
·
m i=1,2,3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)其中,u表示控制力矩,i的值1,2,3分别对应磁力矩器输出力矩在体坐标系x轴,y轴,z轴方向上的分量。4.根据权利要求1所述的在轨航天器纯三轴磁控方法,其特征在于,在所述步骤2中,还包括:步骤2.1,给出的航天器姿态运动学模型为:出的航天器姿态运动学模型为:其中,表示固定坐标系相对于惯性坐标系姿态方向的单位四元数,R4表示四维向量,q0为姿态四元数的实数部分,q为四元数的虚数部分,并且满足ω表示在固定坐标系中表示的角速度,J表示对称惯性矩阵,u表示航天器受到的控制力矩,d表示航天器受到的外部干扰,ω
x
表示坐标角速度的叉乘矩阵形式,ω表示航天器的三轴角速度,I3表示三阶单位矩阵。步骤2.2,给出的航天器姿态误差运动学模型为:步骤2.2,给出的航天器姿态误差运动学模型为:其中,表示误差四元数,其中R4表示误差四元数是一个四维数,包括一个实部和三个虚部,其中q
e0
表示误差四元数的实部,q
e
表示误差四元数的虚部,ω
e
=ω
‑
R
ω
d
表示角速度误差,w
d
表示角速度的期望值,表示角速度...
【专利技术属性】
技术研发人员:李春,谢成清,丁雪静,韩飞,高尔远,袁勤,
申请(专利权)人:深圳航天东方红卫星有限公司,
类型:发明
国别省市:
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