[发明专利]卫星姿态快速机动的切换控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天器姿态控制技术领域，具体是一种卫星姿态快速机动的切换控制方法。

背景技术

卫星进行姿态机动控制，国内外对此进行了大量的研究，包括:

(1)使用的控制方法包括变结构控制、自适应控制、模糊控制、遗传算法等及相关方法的组合，其不足是方法实现时一般较复杂，没有考虑工程中星载计算机的实际约束;

(2)虽然一些文献对工程约束进行了适当的考虑，其不足是没有把执行机构输出力矩作为约束条件，与实际工程有较大的差距;

(3)很多设计方法在机动过程中并没有使用执行机构的最大输出力矩，其不足是在时间最优上有所欠缺，当姿态机动的时间指标要求非常严格时将影响系统性能;

(4)部分方法使用了执行机构的最大输出力矩，但在方法中涉及了迭代求解运算，其不足是运算量大，方法复杂;

(5)国内己经发射的卫星中有一些具有姿态机动能力，其不足是大角度机动在快速性上仍与需求有一定的差距;

(6)大多数可以工程实现的开环机动方法都是单轴姿态机动，并按指定路径机动，无法达到最优机动。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种卫星姿态快速机动的切换控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种卫星姿态快速机动的切换控制方法，包括以下步骤:

步骤1，首先计算卫星机动开始时的当前姿态相对目标姿态的四元数初始值，然后根据初始值以及执行机构最大输出力矩和最大角动量、测量装置量程限制、卫星惯量大小等工程约束确定三个切换参数γ、η、δ以及闭环控制参数常值对角阵K、D;

步骤2，采用加速机动控制指令进行加速机动;

步骤3，判断当前姿态是否满足匀速机动条件，如果满足，则转入步骤4进行匀速机动，如果不满足，则返回步骤2继续采用加速机动控制指令进行加速机动;

步骤4，根据步骤3的判断结果，启动匀速机动控制指令进行匀速机动;

步骤5，判断当前姿态是否满足减速机动条件，如果满足，则转入步骤6进行减速机动，如果不满足，则返回步骤4继续采用匀速机动控制指令进行匀速机动;

步骤6，根据步骤5的判断结果，启动减速机动控制指令进行减速机动;

步骤7，判断当前姿态是否满足闭环控制条件，如果满足，则转入步骤8进行闭环控制，如果不满足，则返回步骤6继续采用减速机动控制指令进行减速机动;

步骤8，根据步骤7的判断结果，启动闭环控制。

所述卫星机动开始时的当前姿态动力学模型为:

其中，I为卫星的惯量矩阵;ω为星体相对于惯性坐标系的角速度在本体坐标系中的投影，可以表示为ω＝{ω_x，ω_y，ω_z}^T;T_c为控制力矩;T_d为扰动力矩。

所述扰动力矩T_d包括:重力梯度力矩、太阳光压力矩、剩磁力矩以及气动力矩，当所述扰动力矩T_d较大时，需要在控制力矩T_c中进行补偿。