[发明专利]一种基于混合执行机构的快速机动卫星的力矩分配方法

权利要求书

1.一种基于混合执行机构的快速机动卫星的力矩分配方法，其特征在于，具体实现过程如下：

步骤一、在每个控制周期内，获取由控制器输出的指令力矩信号T_c，指令力矩信号T_c为指令力矩在星体坐标系下的分量列阵；

步骤二、根据步骤一获得的指令力矩信号T_c，获取分配给单框架控制力矩陀螺群的框架角速度与分配给飞轮的角加速度

步骤三、将步骤二所得的单框架控制力矩陀螺群的框架角速度赋值给单框架控制力矩陀螺群的优化的框架角速度

步骤四、根据步骤三获得的优化的框架角速度判断每一个单框架控制力矩陀螺是否陷入死区，若是，则，执行步骤五，若否，则，执行步骤六；

步骤五、对陷入死区的单框架控制力矩陀螺停用；

步骤六、对未陷入死区的单框架控制力矩陀螺，采用步骤二得到新框架角速度比较所得的新框架角速度与前一次得到的优化的框架角速度是否相同，若不相同，则执行步骤七，若相同，则执行步骤八；

步骤七、将新框架角速度的值存入前一次得到的优化的框架角速度返回到步骤二；

步骤八、将新框架角速度赋值给最终的单框架控制力矩陀螺框架角速度将飞轮的角加速度赋值给最终的飞轮角加速度

步骤九、最后将最终的单框架控制力矩陀螺框架角速度与最终的飞轮角加速度发送到单框架控制力矩陀螺群与飞轮系统，最终的单框架控制力矩陀螺框架角速度驱动单框架控制力矩陀螺工作，最终的飞轮角加速度驱动飞轮工作，控制卫星姿态运动。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合执行机构的快速机动卫星的力矩分配方法，其特征在于，获取分配给单框架控制力矩陀螺群的框架角速度与飞轮的角加速度的方法为：

步骤二一、以n个单框架控制力矩陀螺与m个飞轮系统的功耗与飞轮的角动量的加权为性能指标写出优化指标：

J=12[δ·TQδ·+Ω·TWΩ·+(Ωm-Ω)TR(Ωm-Ω)]Δt---(1)]]>

式中，J为优化指标，m≥3，n≥3，Δt为控制周期；

为由n个单框架控制力矩陀螺框架角速度组成的列向量；

为由m个飞轮的转子角加速度组成的列向量；

Ω=[Ω₁...Ω_m]^T为由m个飞轮转子角速度组成的列向量；

Ω_m=[Ω_m1，Ω_m2...Ω_mm]^T为m个飞轮转子的期望转速；

Q为n×n的对角阵，其元素大小表示相应的单框架控制力矩陀螺框架角转速的权重，

W为m×m的对角阵，其元素大小表示相应的飞轮转子角加速度的权重，

R为m×m的对角阵，其元素大小表示相应的飞轮角动量的权重；

由于Ω₀为前一个周期Δt的转子角速度值，满足Δt为一个常值，则优化指标变换为：

J=12[δ·TQδ·+Ω·TWΩ·+(Ωm-Ω0-Ω·Δt)TR(Ωm-Ω0-Ω·Δt)]·Δt---(2)]]>

式中，Ω₀为前Δt时刻的转子角速度值，

根据约束条件为：

Aδ·+UΩ·=Tc---(3)]]>

式中，A为控制力矩陀螺群的雅克比矩阵，U为飞轮的安装矩阵；

步骤二二、根据优化指标与约束条件得到分配给单框架控制力矩陀螺群的力矩与分配给飞轮的力矩：

令F=δ·TQδ·+Ω·TWΩ·+ΔΩTRΔΩ+λT(Tc-A(δ)δ·+UΩ·)---(4)]]>

F是一个中间变量，求解优化过程的一个环节，λ^T为拉格朗日乘子，Ω_m-Ω(t)=ΔΩ；根据求条件极值的拉格朗日方法可以求得满足性能指标取极值的条件为

∂F∂δ·=0∂F∂Ω·=0∂F∂λ=0---(5)]]>

由此推出

Aδ·+UΩ·=Tcδ·=Q-1ATλΩ·=W-1[RΔΩΔt+UTλ]---(6)]]>

整理得到

δ·=Q-1AT(AQ-1AT+UW-1UT)-1[Tc-UW-1RΔΩΔt]Ω·=W-1UT(AQ-1AT+UW-1UT)-1[Tc-UW-1RΔΩΔt]+W-1RΔΩΔt---(7)]]>

由于，Q求逆得到矩阵S，W求逆得到矩阵P，则可得(AQ^-1A^T+UW^-1U^T)^-1=H，R=G /Δt，

最后得到的分配给单框架控制力矩陀螺群的框架角速度与分配给飞轮的角加速度为：

δ·=SATH[Tc-UPGΔΩ]Ω·=PUTH[Tc-UPGΔΩ]+PGΔΩ.---(8)]]>