[发明专利]一种卫星对日定向控制系统及其控制方法

摘要

本发明提供了一种卫星对日定向控制系统及其控制方法。其系统包括：骨架、陀螺、星敏感器、太阳敏感器、电路、数据线路和星载控制组件，根据系统工作模式选择采用不同的姿态敏感器通过不同的方法计算出本体系下的太阳矢量，由卫星结构设计信息计算本体系下太阳帆板法线矢量，根据矢量旋转定义推导出误差四元数，计算误差角速度代入PID控制律，将计算的控制指令传送给反作用飞轮完成对日定向控制。该控制装置可满足两种工作模式下卫星的对日定向控制，统一了星上控制算法及参数设定，并使卫星对日定向机动路径最短，该发明可广泛适用于各种需要进行对日定向控制的卫星。

主权项

1.一种卫星对日定向控制系统，包括：系统骨架、陀螺、星敏感器、太阳敏感器、电路、数据线路和反作用飞轮，它还包括由工作模式选择模块、本体太阳矢量计算模块、本体帆板法线矢量计算模块、误差角速度计算模块、误差四元数计算模块和控制力矩计算模块组成的星载控制组件，其中本体太阳矢量计算模块包括第一子模块和第二子模块，第一子模块对应星敏感器，第二子模块对应太阳敏感器，陀螺、星敏感器、太阳敏感器、反作用飞轮和星载控制组件固定在系统骨架上，通过电路供电，通过数据线路传递数据；基于上述卫星对日定向控制系统通过测量组合太阳敏感器和星敏感器，共用一套数据算法的星载控制组件的控制方法，实现卫星对日定向控制，控制流程如下：(1)陀螺测量卫星的三轴角速度，并将测量到的角速度数据发送给星载控制组件中的误差角速度计算模块；(2)误差角速度计算模块接收到角速度数据，结合预先设定的目标角速度计算出误差角速度数据，并将得到的误差角速度数据发送给控制力矩计算模块；(3)星敏感器测量卫星姿态信息，并将测量到的姿态信息数据发送给星载控制组件中的工作模式选择模块；(4)太阳敏感器测量太阳敏感器坐标系下的双轴太阳角信息，并将测量到的太阳角数据发送给星载控制组件中的工作模式选择模块；(5)当工作模式选择星敏感器+陀螺测量组合时，工作模式选择模块接收星敏感器测量的姿态数据发送给本体太阳矢量计算模块中的第一子模块进行计算，第一子模块算得的本体太阳单位矢量数据发送给误差四元数计算模块；(6)当工作模式选择太阳敏感器+陀螺测量组合时，工作模式选择模块接收太阳敏感器测量的太阳角数据发送给本体太阳矢量计算模块中的第二子模块进行计算，第二子模块算得的本体太阳单位矢量数据发送给误差四元数计算模块；(7)本体帆板法线矢量计算模块根据帆板在卫星结构的安装方位信息，计算帆板法线方向在卫星本体中的单位矢量，并将计算数据发送给误差四元数计算模块；(8)误差四元数计算模块根据接收到的本体太阳单位矢量数据和本体帆板法线单位矢量数据，计算姿态误差四元数，并将算得的误差四元数数据发送给控制力矩计算模块；(9)控制力矩计算模块根据接收到的误差四元数数据和误差角速度数据，计算控制力矩指令，并将算得的控制力矩指令发送给反作用飞轮；(10)反作用飞轮接收控制力矩指令来改变输出力矩，实现卫星对日定向控制。