【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于卫星帆板控制，涉及一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法。
技术介绍
1、传统卫星的太阳帆板折叠式展开机构主要由相互连接的弹簧和铰链组成。在卫星入轨后，由火工品装置完成太阳帆板的解锁，再由展开机构中弹簧储存的弹性势能来驱动太阳帆板的展开。这种展开方式属于被动控制，展开瞬间产生的冲击和振动，会对卫星的姿态产生较大干扰。
2、为了降低发射成本，低轨互联网卫星通常采用“一箭多星”的发射模式，这使得高度集成化和一体化成为低轨互联网卫星平台的发展方向。为了在满足仪器设备布局和卫星力学、热学性能的条件下，进一步降低卫星的体积和重量，低轨互联网卫星的结构方案设计会采用延长杆的方式将太阳帆板伸出。其中每翼延长杆和太阳帆板之间采用可折叠展开式设计并引入帆板倾斜机构和绳索机构，以便在卫星正常运行过程中对太阳帆板进行控制。
3、低轨互联网卫星在星箭分离后，会进入到入轨段模式，并在此模式下将太阳帆板由压紧的折叠状态驱动至展开状态，以保证整星的能源安全。但是延长杆式折叠展开结构令传统的卷簧驱动式帆板展开方式无法适用，因此需要利用帆板倾斜机构代替板绞，驱动太阳帆板展开。这样就需要设计一种太阳帆板主动控制展开方法，并对整个展开过程进行监测，避免帆板因展开过程的剧烈振动或是错误控制而导致失效，引发危及卫星能源安全的风险。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：针对需要主动驱动帆板展开的卫星，提出一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法，解决了传统太阳帆板展开过程不受控的
2、本专利技术解决技术的方案是：第一方面，提出一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法，包括以下步骤：
3、步骤一、在太阳帆板压紧释放机构解锁后，读取压紧状态帆板倾斜机构转角初始值，设定太阳帆板完全展开状态下帆板倾斜机构转角为期望角度，对帆板倾斜机构的转动路径进行规划，收到“开始帆板展开”数据指令后，将+y翼和-y翼帆板倾斜机构工作模式设为“展开转动模式”，按照规划的路径驱动帆板展开，进入步骤二；
4、步骤二、进行太阳帆板展开时间计时，判断太阳帆板展开过程时间是否达到预设的帆板展开过程最长时间，当展开过程时间未达到最长时间，进入步骤三，当展开过程时间达到最长时间，进入步骤七；
5、步骤三、根据转角初始值和角速度，实时计算帆板倾斜机构的转动角度，判断帆板倾斜机构的转动角度是否达到所述期望角度，当转动角度未达到期望角度，进入步骤二，当转动角度达到期望角度，进入步骤四；
6、步骤四、根据帆板倾斜机构电位计输出计算的转动角度，判断帆板倾斜机构的转动角度是否达到所述期望角度，当转动角度未达到期望角度，进入步骤五；当转动角度达到期望角度，进入步骤六；
7、步骤五、设置帆板倾斜机构工作模式为“低速转动模式”，令帆板倾斜机构保持在设定角速率转动工况，进入步骤六；
8、步骤六、将帆板倾斜机构的角速率置零，设置帆板倾斜机构工作模式为“保持模式”，持续对帆板倾斜机构的工作模式进行判读：当连续n个控制周期内帆板倾斜机构的工作模式不全为“保持模式”，进入步骤五，否则，将“+y翼帆板展开状态”和“-y翼帆板展开状态”均设置为“已展开”，进入步骤七，n为大于1的整数；
9、步骤七、当太阳帆板展开过程时间达到预设的帆板展开过程最长时间时，根据双翼帆板展开状态对双翼帆板倾斜机构展开驱动结果进行判断，帆板展开过程结束。
10、进一步的，步骤一所述的对帆板倾斜机构的转动路径进行规划，具体为：
11、设帆板倾斜机构转角为θ(t)，t为时间，将转角运动表示为时间相关的转角函数θ(t)＝f(t)，根据太阳帆板的实际压紧和展开状态，设立以下边界条件：
12、θ(0)＝θ0,θ(tf)＝θf,
13、其中，θ0和θf分别为帆板倾斜机构转角θ(t)的初始值和期望值，tf为转动结束的终端时刻；
14、设置以下约束条件：
15、
16、其中，为帆板展开的最大角速度，为帆板倾斜机构所能提供的最大角加速度；
17、根据所述边界条件、约束条件，使用多项式拟合算法对转角函数θ(t)＝f(t)进行参数化，完成帆板倾斜机构的转动路径规划。
18、进一步的，使用多项式插值算法对转角函数θ(t)＝f(t)进行参数化，包括：
19、使用五次多项式对转角函数进行参数化，引入边界条件并对转角函数进行归一化处理，得到：
20、
21、
22、
23、当帆板倾斜机构转角初始值θ0和期望值θf确定时，转角函数由终端时刻tf确定。
24、进一步的，所述终端时刻tf，通过以下条件设置：
25、根据约束条件和转角函数，得到终端时刻tf的约束条件为：
26、
27、
28、进一步的，步骤7所述的根据双翼帆板展开状态对双翼帆板倾斜机构展开驱动结果进行判断，具体为：
29、当“+y翼帆板展开状态”和“-y翼帆板展开状态”全为“已展开”，双翼帆板倾斜机构完成展开驱动；
30、当“+y翼帆板展开状态”不为“已展开”，置“+y翼帆板展开状态”为“展开异常”，置+y翼帆板倾斜机构工作模式为“待命模式”；当“-y翼帆板展开状态”不为“已展开”，置“-y翼帆板展开状态”为“展开异常”，置-y翼帆板倾斜机构工作模式为“待命模式”，双翼帆板倾斜机构未完成展开驱动。
31、第二方面，提出一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法的步骤。
32、第三方面，提出一种基于路径规划的太阳帆板主动展开设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现所述一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法的步骤。
33、本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
34、(1)本专利技术提出了太阳帆板主动控制展开方法，可适应延长杆式太阳帆板不同锁紧和展开状态的卫星，设置帆板展开的终端时刻，缩短或延长帆板展开时间，解决了传统太阳帆板展开过程不能主动控制的问题；
35、(2)本专利技术基于路径规划算法，可在帆板倾斜机构的驱动能力范围内，平滑稳定的展开太阳帆板；
36、(3)本专利技术通过帆板倾斜机构转角与角速度计算、电位计输出计算的转角和连续多周期判读帆板倾斜机构工作模式的方式，确保“帆板已展开”结论的可靠性；
37、(4)本专利技术通过设置太阳帆板展开时间上限阈值的方式，可防止帆板倾斜机构电位计输出异常带来的影响，提高帆板展开过程的安全性。
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1.一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法，其特征在于，步骤一所述的对帆板倾斜机构的转动路径进行规划，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法，其特征在于，使用多项式插值算法对转角函数θ(t)＝f(t)进行参数化，包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法，其特征在于，所述终端时刻tf，通过以下条件设置：
5.根据权利要求1所述的一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法，其特征在于，步骤7所述的根据双翼帆板展开状态对双翼帆板倾斜机构展开驱动结果进行判断，具体为：
6.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～权利要求5任一所述方法的步骤。
7.一种基于路径规划的太阳帆板主动展开设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述的处理器
...【技术特征摘要】
1.一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法，其特征在于，步骤一所述的对帆板倾斜机构的转动路径进行规划，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法，其特征在于，使用多项式插值算法对转角函数θ(t)＝f(t)进行参数化，包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于路径规划的太阳帆板主动展开方法，其特征在于，所述终端时刻tf，通过以下条件设置：
5.根据权利要求1所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞博，陈斌，杨洁，汤文澜，张宇，陶佳伟，齐天翼，宋利芳，常涛，杨林芳，李博文，高栋健，赵显，豆倩元，郭志远，孙思干，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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