[发明专利]针对冗余安装飞轮的角动量管理方法

说明书

本发明公开了一种针对冗余安装飞轮的角动量管理方法，所述方法包括：获取当前控制周期内，控制力矩对应的角动量增量。根据当前拍接入系统的飞轮组合确定飞轮安装矩阵与可用标志。根据飞轮的所述可用标志将所述角动量增量分配至所述飞轮组合中可用飞轮。对分配后的各飞轮角动量增量进行限幅，若某一轴的飞轮角动量增量超过限幅值，则将该轴飞轮置为不可用。根据角动量增量与前一拍角动量指令计算各个所述飞轮的当前拍角动量指令。对各个所述飞轮的当前拍角动量指令进行限幅，若某一轴的飞轮当前拍角动量指令超过限幅值则将该轴飞轮置为不可用，并更新该轴飞轮的角动量增量。本发明具有工程实现简单，算法计算耗时小的优点。

技术领域

本发明涉及卫星姿态控制技术领域，具体涉及一种针对冗余安装飞轮的角动量管理方法。

背景技术

随着卫星姿态控制技术的不断发展以及任务要求不断提高，现代卫星对姿态控制系统的要求越来越高，高精度、高可靠性与可重构性是卫星姿控系统的发展目标。反作用飞轮通过调节飞轮转速，通过飞轮与卫星星体之间角动量交换，实现卫星姿态控制，由于其具有可连续控制、控制精度高、不需额外消耗工质等特点，是卫星姿态控制的主要执行机构。另外，由于卫星各部件在轨发生故障后难以修复，多飞轮冗余安装可有效提高系统重构度与冗余度，可有效提高系统工作寿命。

传统的三正交安装飞轮系统，控制指令与飞轮轴一一对应，在计算出控制力矩后可直接进行飞轮指令计算，对于冗余安装的飞轮系统，飞轮轴与星体轴并不完全重合，且飞轮个数往往大于3，因此从控制指令到飞轮指令是从三维到多维的求解过程，这一问题具有无数解。针对于这一问题，传统的伪逆方法虽然能够有效进行分配，但无法达到角动量包络，降低了飞轮系统的控制能力，另外一些方法多是基于各种寻优或复杂的矩阵运算而实现的，由于算法复杂度高计算量大，无法在工程实际中使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对冗余安装飞轮的角动量管理方法，以解决目前，现有的角动量分配算法均是从理论与算法层面，通过各种寻优算法或复杂的矩阵运算实现最优角动量分配，计算量复杂限制较多，无法用于实际卫星工程实现的问题。

为了解决以上问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种针对冗余安装飞轮的角动量管理方法，包括：步骤S1、获取当前控制周期内，控制力矩对应的角动量增量。步骤S2、根据当前拍接入系统的飞轮组合确定飞轮安装矩阵与可用标志。步骤S3、根据飞轮的所述可用标志将所述角动量增量分配至所述飞轮组合中可用飞轮。步骤S4、对分配后的各飞轮角动量增量进行限幅，若某一轴的飞轮角动量增量超过限幅值，则将该轴飞轮置为不可用。步骤S5、根据角动量增量与前一拍角动量指令计算各个所述飞轮的当前拍角动量指令。步骤S6、对各个所述飞轮的当前拍角动量指令进行限幅，若某一轴的飞轮当前拍角动量指令超过限幅值则将该轴飞轮置为不可用，并更新该轴飞轮的角动量增量。

步骤S7、若分配给各轴飞轮的角动量增量与卫星本体系角动量增量指令相同，或可分配飞轮个数小于3则结束分配，否则重复步骤S3～步骤S7进行所述角动量增量再分配。

可选地，所述步骤S1还包括：确定卫星本体系角动量增量指令ΔHa，与前一拍各个飞轮角动量指令hwpre。

可选地，所述步骤S3包括：步骤S3.1、当第i飞轮的可用标志flag_work(i)为1时，对该第i飞轮的角动量增量Δhw(i)进行清零以便后续计算，其中i＝1······N，N表示所述飞轮组合中飞轮的最大数量。

当第i飞轮的可用标志flag_work(i)为0时，对该第i飞轮的本拍角动量增量Δh_w(i)进行锁定。

步骤S3.2、计算除已锁定飞轮角动量增量外的剩余待分配角动量：

ΔH_a1＝ΔH_a-D×Δh_w