[发明专利]一种利用零运动避免单框架控制力矩陀螺群框架轴转速死区的方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天器姿态控制技术领域，具体涉及一种利用零运动避免单框架控制力矩陀螺群转速死区的方法。

背景技术

卫星姿态的快速机动需要能够提供精确的连续力矩的执行机构，而单框架控制力矩陀螺(SGCMG)凭借其寿命长、产生力矩大、能够提供连续力矩等优点已经成为了快速机动卫星的首选执行机构。SGCMG通过框架轴的转动来改变转子角动量的方向，从而产生控制力矩，通常情况SGCMG框架轴存在最小转速，即当指令框架角速度小于最小转速时，SGCMG框架轴转速为0。由于SGCMG对力矩的放大作用，很小的框架角速度死区会产生很大的控制力矩误差，这部分力矩误差会导致卫星的控制精度急剧下降，因此需要设法消除由于框架轴死区转速带来的影响，由于冗余等问题导致成本高，通常卫星携带的SGCMG数量大于3个，在单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs)未陷入奇异时会存在零运动，框架轴的零运动不会影响卫星产生的力矩。

发明内容

本发明是要解决由SGCMG框架轴的最小转速引起的力矩输出误差大、控制精度低的问题，提出一种利用零运动避免单框架控制力矩陀螺群框架轴转速死区的方法。

利用零运动避免单框架控制力矩陀螺群框架轴转速死区的方法具体过程如下：

步骤一、产生指令力矩T_c所需要的SGCMGs框架轴转速与零运动的表达式：

δ·=AT(AAT)-1Tc+(En-AT(AAT)-1A)dδ·N=(En-AT(AAT)-1A)d---(1)]]>

式中，A为SGCMGs的雅克比矩阵，由SGCMGs的安装形式决定，是由SGCMGs框架角转速组成的n维列阵，n是大于3的整数；

式中，是n维列阵，代表SGCMGs零运动的大小，存在与否不影响SGCMGs输出力矩大小，E_n是n维的单位矩阵，d是由任意常值组成的n维列阵，d决定了SGCMGs零运动的大小与方向；

步骤二、利用奇异值分解方法求取零空间的基底；

步骤三、以SGCMGs的零运动远离0为原则，选取优化指标H；

步骤四、令H取极小值，求取零空间基底坐标组成的列阵a的单位方向

步骤五、以每个元素都大于最小转速为原则，求取零空间基底坐标组成的列阵a的幅值a；