[发明专利]一种基于遗传算法的卫星轨控发动机安装优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星轨控发动机的安装优化方法，特别是一种基于遗传算法的卫星轨控发动机安装优化方法。

背景技术

卫星的轨控发动机是其完成变轨策略的主要设备。发动机安装在与卫星中心承力筒相连的发动机支架上。由于推力矢量偏差及卫星质心与机械坐标系中心在横向有偏差等因素的影响，导致发动机具有推力偏斜特性，发动机点火期间会产生对卫星的干扰力矩。在卫星总装阶段，卫星总体根据发动机研制单位的热标数据，需提出对发动机的安装要求。发动机安装时追求的目标主要是使得卫星变轨期间的干扰力矩越小越好。而干扰力矩的大小与发动机热标参数和卫星变轨期间的整星质心相关。

设定卫星的发动机安装只考虑发动机热标参数，根据热标参数提出对发动机推力主轴与卫星机械坐标系三个方向轴的夹角。尚未考虑卫星质心对干扰力矩的影响，这样就可能存在发动机干扰力矩不是最小、安装参数不是最优的问题，甚至可能出现发动机角度调整后比调整前的干扰力矩更大的问题。

所以，有必要研究一种确定发动机安装参数的优化方法。即使因为担心发动机热标可能存在反向的可能，而将发动机调整参数有所缩减，通过本发明提供方法，设计师也能知道所用的发动机所能产生的最小干扰力矩。由于发动机安装参数的调整与发动机受到的空间约束有关，且空间约束为非线性约束，无法通过简单的计算找到最优的调整参数，所以，本发明借助遗传算法来解决这一单目标非线性优化问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于遗传算法的卫星轨控发动机安装优化方法，本发明减小了变轨期间的干扰力矩，节省卫星燃料，提高卫星在轨寿命。

本发明在确定发动机安装参数时，综合考虑发动机热标参数和卫星质心两方面的因素，以达到干扰力矩最小这一优化目标。即使不考虑卫星质心，即将卫星质心设定在理想的（0，0，H）（H为卫星在机械坐标系Z向的质心值）处，也能给出比现有的发动机安装参数确定方法更优的发动机安装参数。

本发明的技术解决方案是：由于发动机安装时受到的约束条件较多，且为非线性约束，所以本发明将遗传算法的优化引入到发动机的安装参数的确定中，研究在满足约束条件的前提下，如何获取发动机安装参数，以使得目标函数最优的问题。

具体实现步骤如下：

（1）根据卫星控制系统对卫星布局的要求，确定发动机安装优化的目标函数；

发动机安装优化的目标函数为：

发动机安装优化的目标函数中：

[f_x f_y f_z]=F[sin(α)sin(γ) -sin(α)cos(γ) cos(α)]R

[p_x p_y p_z]=[δsin(β) -δcos(β) h]R+[λ₁ λ₂ λ₃]

“min”表示最小值；

[T_x T_y T_z]—绕卫星机械坐标系OscXsc轴、OscYsc轴、OscZsc轴3个坐标轴的干扰力矩，单位为Nm；

[f_x f_y f_z]—发动机推力矢量在卫星机械坐标系OscXsc轴、OscYsc轴、OscZsc轴三个方向的推力分量，单位为N；

[p_x p_y p_z]—在卫星机械坐标系下的发动机推力作用点坐标值，单位为mm；

[x_C y_C z_C]—卫星相对机械坐标系的质心，单位为mm；

F—推力器的理论推力，单位为N；

R—发动机相对卫星机械坐标系的旋转矩阵；

α₁、α₂、α₃—分别为发动机安装调整时，发动机绕卫星机械坐标系OscXsc轴、OscYsc轴和OscZsc轴的旋转角度，单位为度；

λ₁、λ₂、λ₃—分别为发动机安装调整时，发动机沿卫星机械坐标系OscXsc轴、OscYsc轴和OscZsc轴的平移量，单位为mm；

α—推力矢量偏斜角，以X轴为基准，单位度；