[发明专利]以载荷为中心、平台随动的旋转载荷卫星姿态控制方法

权利要求书

1.以载荷为中心、平台随动的旋转载荷卫星姿态控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、确定旋转载荷卫星系统的结构和工作模式，并定义地心赤道坐标系oxyz、轨道坐标系o_ox_oy_oz_o、旋转载荷卫星系统质心坐标系o_sx_sy_sz_s、卫星平台本体坐标系o_bx_by_bz_b和旋转载荷本体坐标系o_px_py_pz_p；

步骤二、根据卫星平台、旋转载荷的空间姿态测量信息和位置测量信息求解出各电磁力作用点位置以及各磁极磁隙变化；

所述步骤二的具体过程为：

定义矢量r₅代表磁悬浮轴承期望中心指向磁悬浮轴承当前中心的位置矢量，矢量r₆代表磁悬浮轴承当前中心指向左径向轴承作用点的位置矢量，矢量r₇代表磁悬浮轴承期望中心指向左径向轴承作用点的位置矢量，矢量r₈代表磁悬浮轴承当前中心指向右径向轴承作用点的位置矢量，矢量r₉代表磁悬浮轴承期望中心指向右径向轴承作用点的位置矢量；

其中：r_5b是矢量r₅在卫星平台本体坐标系下分量，记为r_5b＝[δ_x δ_y δ_z]^T，δ_x是r₅在卫星平台本体坐标系的x_b轴下分量，δ_y是r₅在卫星平台本体坐标系的y_b轴下分量，δ_z是r_z在卫星平台本体坐标系的z_b轴下分量，上角标T是对矩阵取转置运算；r_7b是矢量r₇在卫星平台本体坐标系下分量，记为r_7b＝[Δx_l Δy_l -L]^T，L是从左径向轴承至右径向轴承跨距的一半，Δx_l和Δy_l分别表示左径向轴承处AC磁极对磁隙变化和BD磁极对磁隙变化；r_6p是左径向轴承电磁力作用点位置，记为r_6p＝[0 0 z₆]^T，z₆表示中间变量；表示旋转载荷本体坐标系相对卫星平台本体坐标系的姿态变换矩阵；利用xyz顺序描述旋转载荷相对卫星平台的姿态信息，所转过的欧拉角记为卫星平台本体坐标系o_bx_by_bz_b绕x_b轴转过角度至中间系1，中间系1绕自身的y轴转过角度θ至中间系2，中间系2绕旋转载荷本体坐标系的z_p轴转过角度ψ至旋转载荷本体坐标系o_px_py_pz_p；

则求解方程(1)得到左径向轴承电磁力作用点位置r_6p、AC磁极对磁隙变化Δx_l和BD磁极对磁隙变化Δy_l；

中间变量z₆、AC磁极对磁隙变化Δx_l和BD磁极对磁隙变化Δy_l的表达式分别为：

r_8p是右径向轴承电磁力作用点位置，记为r_8p＝[0 0 z₈]^T，z₈表示中间变量；

其中：r_9b是矢量r₉在卫星平台本体坐标系下分量，记为r_9b＝[Δx_r Δy_r L]^T，其中：Δx_r和Δy_r分别表示右径向轴承处EG磁极对磁隙变化和FH磁极对磁隙变化；

则求解方程(3)得到右径向轴承电磁力作用点位置r_8p、EG磁极对磁隙变化Δx_r和FH磁极对磁隙变化Δy_r；

中间变量z₈、EG磁极对磁隙变化Δx_r和FH磁极对磁隙变化Δy_r的表达式分别为：

轴向轴承作用点位置为磁悬浮轴承当前中心，轴向轴承处MN磁极对磁隙变化Δz为δ_z；

r_5b＝A^TX_p+A^TA_pr_jp-A^TA_pr_j-A^TA_pl₂-A^TX-r_jb-l₁ (5)

其中：A是卫星平台本体坐标系相对地心赤道坐标系的姿态变换矩阵，X_p是载荷子系统质心位置在地心赤道坐标系下投影，A_p是旋转载荷本体坐标系相对地心赤道坐标系的姿态变换矩阵，r_jp是载荷子系统质心指向旋转载荷质心的位置矢量在旋转载荷本体坐标系下投影，r_j是旋转载荷本体坐标系原点指向旋转载荷质心的位置矢量在旋转载荷本体坐标系下投影，l₂是磁悬浮轴承当前中心指向旋转载荷本体坐标系原点的位置矢量在旋转载荷本体坐标系下投影，X是卫星平台子系统质心位置在地心赤道坐标系下投影，r_jb是卫星平台子系统质心指向卫星平台质心的位置矢量在卫星平台本体坐标系下投影，l₁是卫星平台质心指向磁悬浮轴承期望中心的位置矢量在卫星平台本体坐标系下投影；

步骤三、根据旋转载荷当前空间姿态测量信息和当前位置测量信息生成卫星平台的质心位置控制目标、卫星平台姿态控制目标以及卫星平台姿态角速度控制目标；

步骤四、设计卫星平台平动所需电磁力，并完成电磁力的配置；

根据电磁力的配置结果以及电磁力作用点位置，设计旋转载荷姿态机动所需控制力矩，并完成控制力矩的配置；将电磁力配置结果与控制力矩的配置结果进行整合；

步骤五、根据步骤四的整合结果设计卫星平台姿态机动所需控制力矩，完成旋转载荷卫星姿态控制。