[发明专利]一种纳卫星磁力矩器空间温度补偿姿态控制方法

说明书

本发明公开了一种纳卫星磁力矩器空间温度补偿姿态控制方法，具体包括以下步骤，步骤一、分别建立本体系和轨道坐标系；步骤二、在消旋过程中，获取纳卫星姿态参数和磁力矩器参数，并建立基于温度补偿的消旋控制律；步骤三、在捕获过程中，获取纳卫星参数、磁力矩器参数且通过进行优化处理，建立基于温度补偿的姿态捕获控制律；步骤四、通过基于温度补偿的消旋控制律和基于温度补偿的姿态捕获控制律对磁力矩器进行控制，以控制卫星姿态；通过采用温度补偿的方法来提高卫星姿态控制的精度，缩短控制周期，验证了其有效性，使该方法相对于无温控纳星系统具有良好的工程应用前景，对于低成本微小卫星研制提供了开阔思路。

【技术领域】

本发明属于卫星姿态控制技术领域，尤其涉及一种纳卫星磁力矩器空间温度补偿姿态控制方法。

【背景技术】

由于微小卫星具有重量轻、体积小、成本低以及研制周期短等一系列优点可以在通讯、遥感、军事、行星探测、工程技术实验等领域发挥重要作用，具有潜在的战略价值和市场前景，目前国际上对于卫星的研制十分火热。同时微小卫星的研制毋需大型系统设施支撑，可分散于大学、科研所的实验室中进行，从而整体上有利于降低研发成本。微小卫星不仅受到了航天大国的重视，也被许多中等发达和新兴的发展中的国家作为发展航天技术的重要切入点。

卫星的姿态控制系统作为微小卫星的核心部分，其技术的发展对微小卫星研制水平的提高起到了关键性作用。目前微小卫星的姿态控制方法主要是在重力梯度或者偏执动量轮的辅助下通过磁力矩器来实现卫星姿态的控制，很少有采用纯磁控的方案。这是由于磁力矩器可以提供的控制力矩较小，从而导致其机动控制能力较弱。

由于磁场具有随时间变化的性质，对于姿态控制中逐点不可控制性问题可以通过一段时间内平均来解；然而，纯磁控算法的真正限制在于其被证明只有在反馈增益在某个边界内的时候，其稳定性才能得到保证。为了解决这个问题，以及同时实现降低功耗和优化控制性能，Rafal Wis′niewski提出了一种通过设计磁矩的角速度控制率来进行磁控的算法，并证明了该算法的收敛性。

随着微小卫星技术的迅速发展，人们对其姿态控制的要求也越来越高，希望该系统能够既简单又可靠。在这种情况下，纯磁控系统有望得到更广泛的发展。作为早期设计纯磁姿态控制器的线性方式的延伸，各种随时间变化的控制器也被开发出来，包括一些依赖周期性Riccat方程的解的算法。利用该问题的准周期性质，采用渐近线性二次调节器(LQR)，同时提出状态反馈控制方法，或基于平均场理论对纯磁控的全局稳定性进行研究。

虽然国外有很多学者对该问题进行了研究，但是国内还鲜有此方面的研究，并且该算法没有能够真正应用于卫星上。其中一个原因就是磁力矩器易受温度影响，在太空中温度变化很大的情况下，磁力矩器的电阻值与温度线性相关，且不可忽视导致其性能发生变化。不同材料的磁心棒感磁矩的温度特性不同对磁力矩器的工作磁矩会产生较大影响，针对此问题，一种普遍的做法是根据不同的温度环境设计不同的磁力矩器，但这并没有从本质上解决磁矩变化对姿态控制带来的影响。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种纳卫星磁力矩器空间温度补偿姿态控制方法，以解决现有的磁力矩器对卫星姿态控制易受温度影响的问题。

本发明采用以下技术方案，一种纳卫星磁力矩器空间温度补偿姿态控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤，

步骤一、分别建立本体系和轨道坐标系；

步骤二、在消旋过程中，获取纳卫星姿态参数和磁力矩器参数，并通过获取的纳卫星姿态参数和磁力矩器参数建立基于温度补偿的消旋控制律；

步骤三、在捕获过程中，获取纳卫星参数、磁力矩器参数且通过进行优化处理，建立基于温度补偿的姿态捕获控制律；

步骤四、通过步骤二建立的基于温度补偿的消旋控制律和步骤三建立的基于温度补偿的姿态捕获控制律对磁力矩器进行控制，以控制卫星姿态。