[发明专利]一种敏捷小卫星姿态快速机动控制方法

说明书

一种敏捷小卫星姿态快速机动控制方法，涉航空航天领域，本发明包括：第一、第二、第三反作用飞轮的力矩输出方向夹角为90°；第四反作用飞轮与第一、第二、第三反作用飞轮的夹角均相同；第一、第二与第三大力矩飞轮的力矩输出方向夹角为90°；第四大力矩飞轮与第一、第二、第三大力矩飞轮的夹角均相同；第一反作用飞轮与第一大力矩飞轮的力矩输出方向平行且方向相反，以此类推；启动飞轮输出同向力矩；判断达到指定姿态后，大力矩飞轮反向输出力矩；反作用飞轮输出消旋力矩和控制力矩；判断大力矩飞轮的转速绝对值是否下降至10rpm以内；大力矩飞轮停止输出力矩，反作用飞轮输出姿态控制力矩。本发明控制难度低、敏捷性和稳定性高。

技术领域

本发明涉航空航天技术领域，具体涉及一种敏捷小卫星姿态快速机动控制方法。

背景技术

随着卫星技术的发展、视频以及成像功能的不断增强，对卫星的姿态控制提出了更高的要求，提升卫星的敏捷性成为本领域研究的重点。

卫星姿态控制执行机构的配置以及使用策略是控制设计的基础环节。现有的小卫星姿态控制执行机构组成为飞轮和磁力矩器，这种配置的优点是飞轮输出力矩精细，控制稳定性好，精度高，同时利用磁力矩器平稳卸载飞轮累积角动量；缺点是常规反作用飞轮难以提供较大的力矩，小卫星的姿态敏捷性差。

近年来控制力矩陀螺(CMG)开始应用于小卫星，学者们和航天工业部门也提出了飞轮+CMG、CMG的金字塔、5棱锥等配置方案，已经开展了在轨试验，小卫星获得了较大的机动能力，但是由于CMG框架伺服精度的提升存在瓶颈，CMG输出力矩的精度和自身干扰力矩对整星的控制产生了较大的扰动，卫星快速机动后的稳定度很难提升。有人提出了变速控制力矩陀螺(VSCMG)的方案，但这种执行机构的操纵难度大，其可靠性还没有在实际工程中进行长期有效的验证。

发明内容

为了解决现有执行机构存在的控制难度高、敏捷性差、稳定性低的问题，本发明提供一种敏捷小卫星姿态快速机动控制方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种敏捷小卫星姿态快速机动控制方法，包括以下步骤：

步骤一、将四个反作用飞轮和四个大力矩飞轮安装到位；

第一反作用飞轮、第二反作用飞轮与第三反作用飞轮三者之间的力矩输出方向相互夹角为90°；第四反作用飞轮与第一反作用飞轮、第二反作用飞轮、第三反作用飞轮三者之间的夹角均相同；

第一大力矩飞轮、第二大力矩飞轮与第三大力矩飞轮三者之间的力矩输出方向相互夹角为90°；第四大力矩飞轮与第一大力矩飞轮、第二大力矩飞轮、第三大力矩飞轮三者之间的夹角均相同；

第一反作用飞轮与第一大力矩飞轮的力矩输出方向平行且方向相反，第二反作用飞轮与第二大力矩飞轮的力矩输出方向平行且方向相反，第三反作用飞轮与第三大力矩飞轮的力矩输出方向平行且方向相反，第四反作用飞轮与第四大力矩飞轮的力矩输出方向平行且方向相反；

步骤二、按照控制指令启动四个反作用飞轮和四个大力矩飞轮，输出同向控制力矩；

步骤三、判断敏捷小卫星达到指定姿态后，四个大力矩飞轮输出反向控制力矩；

步骤四、四个反作用飞轮输出消旋力矩和控制力矩；

步骤五、判断四个大力矩飞轮的转速绝对值是否全部下降至10rpm以内，若是，则执行步骤六，若否，则继续执行步骤四；

步骤六、四个大力矩飞轮全部停止输出控制力矩，而四个反作用飞轮则输出控制力矩，完成敏捷小卫星姿态快速机动。

进一步的，所述第四反作用飞轮与第一反作用飞轮、第二反作用飞轮、第三反作用飞轮三者之间的夹角指的是飞轮安装平面法向量之间的空间夹角。