[发明专利]一种探空火箭载荷平台的快速调姿方法及装置

说明书

本发明提供一种探空火箭载荷平台的快速调姿方法及装置，方法包括步骤：计算当前姿态与目标姿态之差，获得差角值；利用差角值规划梯形角速度曲线，以获得角速度矢量；利用差角方向与角速度值合成各轴角速度指令；根据所述指令控制执行机构进行姿态调整和稳定操作，所述执行机构采用动量轮、飞轮等动量器件。用于低成本探空火箭载荷平台的快速调姿与稳定，采用角速度与角速度指令的误差项作为控制变量，实现对三轴大角度机动的跟踪控制，响应快、反应灵敏、控制器阶数低，容易实现。

技术领域

本发明涉及探空火箭控制技术领域，尤其涉及一种探空火箭载荷平台的快速调姿方法及装置。

背景技术

探空火箭比探空气球飞得高，比低轨卫星轨道低，是30km～200km高度范围内的有效探测工具，可用于天气预报、地球和天文物理研究，还可以用于某些特殊问题的研究和试验。探空火箭结构简单、成本低廉、发射方便，适用于临时观察(相对)短时间出现的自然现象和特殊变化，以及持续观察某些随时间、地点变化的现象。

由于探空火箭对飞行姿态和弹道的要求不如导弹或运载火箭那么严格，因此为了降低成本，探空火箭一般为无控火箭，只有最基本的飞行稳定性和弹道要求：保证飞行稳定性、达到预定探测高度和减少弹道顶点和落点散布。在此前提下，为了保证探空火箭的任务效果，越来越多的有效载荷选择存放于仪器舱等平台，通过利用辅助姿态控制机构进行姿态调整与稳定，进一步利用降落伞等气动减速装置进行回收。

探空火箭的主要探测范围在稀薄大气层与邻近空间之间，重力低，气动效应微弱。探空火箭的载荷重量取决于任务要求，一般为几公斤到几百公斤。空气舵需要利用气动效应才能提供控制力矩，不适用该工作环境。喷气推进器作为控制机构，响应快、指向精度较高；但通常的推力矢量控制采用固定发动机或开关进行控制，无法实现连续控制，若要实现连续控制需额外增加气阀，将大大提升成本和额外负载；同时，由于采用消耗性原料，与探空火箭的低成本目标相悖。因此，惯常采用的利用空气舵或喷气推进器进行姿态控制的方式不适用于载荷平台的姿态调节与稳定。

综上所述，低成本有效进行探空火箭的载荷平台的快速稳定与调姿是当前难点。

发明内容

针对上述现有技术不足，本发明提供一种探空火箭载荷平台的快速调姿方法及装置，用于低成本探空火箭载荷平台的快速调姿与稳定，采用角速度与角速度指令的误差项作为控制变量，实现对三轴大角度机动的跟踪控制，响应快、反应灵敏、控制器阶数低，容易实现。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种探空火箭载荷平台的快速调姿方法，包括步骤：

计算当前姿态与目标姿态之差，获得差角值；

利用差角值规划梯形角速度曲线，以获得角速度矢量；

利用差角方向与角速度值合成各轴角速度指令；

根据所述指令控制执行机构进行姿态调整和稳定操作，所述执行机构采用动量轮、飞轮等动量器件。

一种探空火箭载荷平台的快速调姿装置，包括：

指令模块，用于计算当前姿态与目标姿态之差，获得差角值；并利用差角值规划梯形角速度曲线，以获得角速度矢量；并利用差角方向与角速度值合成各轴角速度指令；以及

执行机构，用于根据所述指令进行姿态调整和稳定操作；所述执行机构采用动量轮、飞轮等动量器件。

动量轮的安装方式可以根据实际指标要求，采用三轴正交安装的反作用轮，三轴正交安装和第四个等倾角斜装的四个偏置动量轮构成的零动量系统，固定安装或V型斜装的偏置动量轮系统，以及双框架动量轮等方式。

本发明的有益效果在于：