[发明专利]一种控制力矩陀螺替代动量轮的卫星稳态控制方法

权利要求书

1.一种控制力矩陀螺替代动量轮的卫星稳态控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)针对基于控制力矩陀螺和动量轮混合执行机构的卫星控制系统，当正常工作的动量轮数量为三个时，计算备份控制力矩陀螺高速转子角动量和动量轮最大角动量的差值绝对值，如果该差值绝对值大于5Nms，则卫星控制系统采用三个动量轮过零使用的控制方式；如果该差值绝对值小于5Nms，则进入步骤(2)；

(2)判断备份控制力矩陀螺高速转子角动量矢量与正常工作的三个动量轮中的任意两个的角动量矢量是否共面，如果共面，则卫星控制系统采用三个动量轮过零使用的控制方式；如果不共面，则进入步骤(3)；

(3)将备份控制力矩陀螺低速框架以1度的步距依次旋转360度，依据控制力矩陀螺高速转子角动量矢量与三个动量轮角动量矢量的矢量和为零的约束条件，依次计算得到360组备份控制力矩陀螺低速框架转角以及该角度下三个动量轮的偏置角动量；

(4)判断步骤(3)得到的360组数据中是否有某组数据满足三个动量轮的偏置角动量均处于其最大角动量的1/3至2/3之间，如果360组数据均不满足上述条件，则卫星控制系统维持三个动量轮过零使用的控制方式；如果360组数据中有一组或几组数据满足上述条件，则从满足上述条件的数据中选择一组数据作为备份控制力矩陀螺低速框架期望角度以及三个动量轮的标称偏置角动量，其中当三个动量轮的标称偏置角动量确定后，其对应的备份控制力矩陀螺低速框架转角即为控制力矩陀螺低速框架期望角度；

(5)向卫星控制系统上注备份控制力矩陀螺低速框架期望角度，待备份控制力矩陀螺低速框架转动到位并锁定之后，上注备份控制力矩陀螺高速转子加电启动指令并同时上注三个动量轮的标称偏置角动量；

(6)当备份控制力矩陀螺高速转子启动到额定转速且当动量轮的角动量达到标称偏置角动量后，系统进入以备份控制力矩陀螺高速转子和三个工作在偏置角动量状态的动量轮组成的零动量控制系统的稳态控制模式，从而实现卫星的高精度稳态控制。

2.根据权利要求1所述的一种控制力矩陀螺替代动量轮的卫星稳态控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中计算得到360组备份控制力矩陀螺低速框架转角以及该角度下三个动量轮的偏置角动量的方式如下：

定义备份控制力矩陀螺低速框架处于零位时低速框架转角正方向为备份控制力矩陀螺框架坐标系的X_g轴，高速转子角动量方向为备份控制力矩陀螺框架坐标系的Y_g轴，备份控制力矩陀螺框架坐标系的Z_g轴根据X_g轴、Y_g轴由右手螺旋法则确定；设备份控制力矩陀螺低速框架转角为α，其中α∈[0°～360°]，备份控制力矩陀螺高速转子角动量大小为h_G0，则备份控制力矩陀螺高速转子角动量在备份控制力矩陀螺框架坐标系下的坐标h_G,g满足

hG,g=hG0·0cosαsinα]]>

则备份控制力矩陀螺高速转子角动量在卫星本体坐标系的坐标h_G,b表示为

h_G,b＝C_bgh_G,g

其中C_bg为备份控制力矩陀螺框架坐标系到卫星本体坐标系的姿态转换矩阵，由备份控制力矩陀螺在卫星上的安装位置决定；

则根据矢量和约束条件能够计算得到对应备份控制力矩陀螺低速框架转角为α时三个动量轮的标称偏置角动量h₁₀、h₂₀和h₃₀为：

h10h20h30=-h1,bh2,bh3,b-1·hG,b]]>

其中h_1,b、h_2,b和h_3,b表示三个动量轮角动量在卫星本体坐标系的坐标，由动量轮的安装位置决定。