[发明专利]一种地球静止轨道卫星电推力器故障模式推力分配方法

权利要求书

1.一种地球静止轨道卫星电推力器故障模式推力分配方法，其特征在于步骤如下：

1)确定推力分配输入条件

11)点火位置约束

根据轨道光照条件、星上能源条件、电推力器工作条件，确定点火赤经容许范围Lava；

12)点火速度增量约束

根据推力器开机时长的限制、星上能源供应的限制，确定每个轨道周期的点火总速度增量上限ΔVmax；

13)轨道控制需求

根据外部输入，确定本控制周期内的轨道控制需求，包括：

倾角矢量控制量[Δix Δiy]，偏心率矢量控制量[Δex Δey]，平经度漂移率控制量ΔD；

2)位置保持推力分配及优化

21)建立电推力器指向模型

根据安装方位，以NW、SE、NE、SW分别表示位于卫星本体西北、东南、东北和西南的四个电推力器；

为满足角动量卸载需求，推力器在轨道系切向、法向的指向相对标称指向偏移，偏移后的各推力器推力方向矢量分别为：

r N W = r N W , T + dx N W r N W , N + dy N W r N W , R , r S E = r S E , T + dx S E r S E , N + dy S E r S E , R , r N E = r N E , T + dx N E r N E , N + dy N E r N E , R , r S W = r S W , T + dx S W r S W , N + dy S W r S W , R , ]]>

其中rXX,X表示各推力器标称推力方向单位矢量在卫星轨道坐标系，即轨道系中安装位置的切向、法向及径向分量，下标T、N、R分别对应轨道系切向、法向及径向；[dx dy]为角动量卸载偏转矢量，两个分量依次表示相应推力器在轨道系切向、法向的指向偏移量，初值均为0；

22)选择推力器并定义点火参数

根据推力器故障情况，从健康的推力器中选择对角安装的一对推力器工作，选出的工作推力器分别安装在南、北两侧，分别以下标S和N标记；

每个控制周期分别开机两次，下标1和2为每个控制周期内的点火序号；点火速度增量依次记为[VN,1 VS,1 VN,2 VS,2]，点火弧段中点赤经依次记为[LN,1 LS,1 LN,2 LS,2]，对应的点火弧段时间长度记为[tN,1 tS,1 tN,2 tS,2]；

23)优化计算点火参数

优化变量为推力器的四次点火参数：

[VN,1 VS,1 VN,2 VS,2]，[LN,1 LS,1 LN,2 LS,2]；

优化目标为使目标函数J最小：

min J＝VN,1+VS,1+VN,2+VS,2；

令εi、εe和εD分别为倾角、偏心率和平经度漂移率的容许阈值因子，ωe为地球自转角速度，as为地球静止轨道半长轴，Vs为地球静止轨道惯性速度，建立约束条件如下：

使用数值优化方法求解上述优化问题，得到四台推力器的点火参数；

3)计算角动量卸载偏转矢量

分别从选用推力器各自的两个点火弧段中，选取点火时段相对较长的点火弧段用于卸载，分别定义为卸载弧段ND和卸载弧段SD；卸载弧段ND和卸载弧段SD的角动量卸载偏转矢量计算公式如下：

dx N = - t N D M z r N , N ( t N D 2 + t S D 2 ) F dy N = [ r N , R M z + ( r N , T M x + r N , N M y ) cosL N D + ( r N , T M y - r N , N M x ) sinL N D ] 2 r N , N r N , T t N D F dx S = - t S D M z r N , N ( t N D 2 + t S D 2 ) F dy S = [ r N , R M z + ( r N , N M y - r N , T M x ) cosL S D - ( r N , T M y + r N , N M x ) sinL S D ] 2 r N , N r N , T t S D F , ]]>

其中，tND、tSD分别为卸载弧段ND和卸载弧段SD的时长；Mx、My、Mz分别为目标卸载矢量在地心赤道惯性系中的三轴分量，来自外部输入；LND、LSD分别为卸载弧段ND和卸载弧段SD中点赤经；

4)完成推力分配计算

输出上述各步骤计算得出的推力器的四次点火参数，包括各点火弧段速度增量、中点赤经以及角动量卸载偏转矢量，完成推力分配计算。

2.根据权利要求1所述的一种地球静止轨道卫星电推力器故障模式推力分配方法，其特征在于：完成步骤3)后，判断动量卸载偏转矢量是否满足收敛精度要求，若已满足则输出各点火弧段速度增量、轨道相位、角动量卸载偏转矢量，否则使用步骤3)得到的角动量卸载偏转矢量，返回步骤2)更新角动量卸载偏转矢量，并进行新一轮迭代计算，直至满足收敛精度要求；所述收敛判断方法为：比较本轮与上一轮角动量卸载偏转矢量，若两个分量的差值均小于设定的角动量卸载偏转角精度阈值，则认为迭代已收敛，进入步骤4)。