[发明专利]基于运动部件信息的角动量前馈补偿控制方法

说明书

本发明提供了一种基于运动部件信息的角动量前馈补偿控制方法，包括：针对按特定规律运动的运动部件的干扰影响，采用运动部件的广播的运动角度和角速度信息，替代运动部件的换向时刻信息，作为补偿力矩的计算依据；利用前馈以及卫星姿态控制PID计算获得叠加的力矩作为星载反作用轮的控制输入，利用卫星的姿态控制反作用轮进行摆镜的前馈补偿和姿态控制，以替代单独的平衡补偿轮或补偿轮轮组；设计的角度参数、角速度参数和补偿力矩参数通过地面指令修改，以增加控制系统的灵活性，且当评估星载软件各项时延后，修改角度参数、角速度参数和补偿力矩参数以提高卫星平台的控制稳定度。

技术领域

本发明涉及航天器姿态控制技术领域，特别涉及一种基于运动部件信息的角动量前馈补偿控制方法。

背景技术

遥感卫星上往往带有运动部件，如扫描镜、摆镜、转台等，星上运动部件的运动会影响卫星的姿态控制的精度和稳定度，进而影响运动部件和载荷的指向精度和指向稳定度。

针对按特定规律运动的运动部件的干扰，典型如扫描镜和摆镜按照某一设计的运动曲线进行周期性往返运动，可以采用的方法有运动部件运动补偿、前馈力矩补偿等。

现有的运动部件补偿需要额外增加平衡轮或专用的力矩补偿轮组，增加了卫星研制的成本，且由于运动部件控制频率高(50～500Hz)，而卫星的姿态控制输出频率一般为1～10Hz，因此运动部件的补偿轮补偿控制需要额外设计和硬件投入，也增加卫星研制的时间和资金投入。

现有的前馈力矩补偿控制主要利用运动部件换向时刻的信息进行计算前馈补偿控制力矩，该方式需要严格输出运动部件的换向时刻，对硬件底层的要求较高，再利用换向时刻进行角动量补偿计算，计算相应的补偿力矩进行输出，当换向时刻信息不准确时对补偿的效果影响较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于运动部件信息的角动量前馈补偿控制方法，以解决现有的消除星上运动部件对卫星姿态影响的控制方法难度大的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于运动部件信息的角动量前馈补偿控制方法，包括：

针对按特定规律运动的运动部件的干扰影响，采用运动部件的广播的运动角度和角速度信息，替代运动部件的换向时刻信息，作为补偿力矩的计算依据；

利用前馈以及卫星姿态控制PID计算获得叠加的力矩作为星载反作用轮的控制输入，利用卫星的姿态控制反作用轮进行摆镜的前馈补偿和姿态控制，以替代单独的平衡补偿轮或补偿轮轮组；

设计的角度参数、角速度参数和补偿力矩参数通过地面指令修改，以增加控制系统的灵活性，且当评估星载软件各项时延后，修改角度参数、角速度参数和补偿力矩参数以提高卫星平台的控制稳定度。

可选的，在所述的基于运动部件信息的角动量前馈补偿控制方法中，还包括：

前馈补偿力矩模块根据星上运动部件的运动规律和干扰特性，设置前馈补偿力矩，计算提前补偿时间；

阈值补偿角动量模块实时读取星上运动部件的角度和角速度信息，在换向过程结束时刻往前提前dt+2T₁时，对卫星施加所述前馈补偿力矩并持续至第一阈值时间，以使卫星获得阈值补偿角动量；

dt为提前补偿的时间，T₁为第二阈值时间，所述阈值补偿角动量与所述星上运动部件换向过程中产生的干扰角动量大小相等。

可选的，在所述的基于运动部件信息的角动量前馈补偿控制方法中，星上运动部件的运动规律包括运动部件运动周期内的角速度变化过程，在每个T₁时间区间内运动部件进行半正弦加速或减速到某一角速度ω₀或-ω₀，运动部件的换向时间为2×T₁；