[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

说明书

以载荷为中心、平台随动的旋转载荷卫星姿态控制方法，它属于航天器姿态控制技术领域。本发明解决了传统控制方案中旋转载荷姿态控制精度低、稳定性差的问题。本发明根据旋转载荷卫星系统工作模式和结构特点，建立能够根据卫星平台和旋转载荷的空间姿态、位置测量信息求解出电磁力作用点位置的模型，模型同时具有输出各磁极磁隙变化的能力；结合电磁力作用点位置解算结果，依次利用滑模控制方法设计卫星平台平动所需电磁力，基于动力学前馈补偿的PD控制方法设计旋转载荷姿态机动所需电磁力；最后根据电磁力配置结果和相应的作用点位置，得到卫星平台姿态机动所需控制力矩，完成旋转载荷卫星系统控制。本发明可以应用于航天器姿态控制技术领域。

技术领域

本发明属于航天器姿态控制技术领域，具体涉及一种基于洛伦兹力磁悬浮轴承构型，以旋转载荷为中心、卫星平台随动控制的旋转载荷卫星系统星上载荷高精度高稳定度姿态控制方法。

背景技术

随着空间任务需求的不断增长，对星上旋转载荷的姿态精度及稳定度要求越来越高。为提高星上旋转载荷的自旋精度和抑制卫星平台中高频振动传递，现阶段将刚度较低的磁阻力磁悬浮轴承构型应用为旋转载荷连接关节以实现软连接具有广泛的应用前景。该旋转载荷卫星系统的传统控制方案是在卫星平台高精度姿态控制的基础上，控制轴承磁隙稳定使得旋转载荷跟随卫星平台运动以达到预期的在轨状态。该控制方案的缺点在于旋转载荷姿态精度及稳定度受限于卫星平台的控制误差和轴承的连接误差，旋转载荷姿态控制误差和测量误差的传递环节复杂；其次，卫星平台中高频振动干扰经轴承抑制后仍能传递至旋转载荷，轴承关节刚度作用亦会导致轴承磁隙剧烈抖动，均会对旋转载荷姿态精度及稳定度产生影响。

发明内容

本发明的目的是为解决由于旋转载荷姿态控制误差和测量误差的传递环节复杂以及卫星平台中高频振动和关节抖动导致的旋转载荷姿态控制精度低、稳定性差的问题，而提出了一种以载荷为中心、平台随动的旋转载荷卫星姿态控制方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：以载荷为中心、平台随动的旋转载荷卫星姿态控制方法，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；

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；并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。