[发明专利]一种基于飞轮输出偏差的抗干扰姿态控制方法及验证装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于飞轮输出偏差的抗干扰姿态控制方法及验证装置与验证方法，可用于验证包括基于飞轮输出偏差的抗干扰姿态控制方法在内的多种姿态控制方法；针对飞轮的输出偏差干扰提出了一种抗干扰控制方法对其加以抵消与抑制，该方法能显著提高系统实时性、精度和稳定度，进一步改善姿控系统的控制性能，本发明属于飞行器的姿态控制领域。

背景技术

飞轮作为长寿命卫星最理想的执行机构，也是现代高精度卫星姿态控制的关键部件。飞轮又称为动量矩储存器，通过改变飞轮的动量矩矢量，可以吸收飞行器其余部分多余的动量矩矢量，达到飞行器姿态控制的目的。随着飞行器任务的日益复杂多样化，飞行器对姿态稳定系统的要求越来越高，特别是要求高精度和长寿命。因此，对于中高轨道的飞行器，越来越多采用飞轮三轴姿态稳定系统。

在轨卫星含有多源干扰，既包括太阳光压、大气阻力、空间尘埃等外部环境干扰，卫星本身又有帆板振动、执行机构误差、敏感器测量噪声等内部扰动。多源干扰严重影响卫星的控制精度，尤其是在轨卫星硬件固定的情况下，难以在硬件上进一步挖掘控制精度提升的空间，因此对抗干扰姿态控制方法的研究及应用成为提高控制精度的重要新途径。

飞轮是飞行器姿态控制系统的主要干扰源之一。飞轮转子动静不平衡、飞轮结构谐振、飞轮点机电磁非线性等因素使飞轮在运行过程中产生扰振，扰动力矩大大降低卫星指向精度和稳定性。2010年7月发表于《北京航空航天大学学报》第36卷第7期的文献《基于气浮台的微小卫星姿态控制实时仿真》搭建了半物理仿真实验平台对单刚体微小卫星的姿态控制问题进行了实时仿真研究，其控制算法为传统PID控制方法，该方法不能有效抵消飞轮输出偏差带来的干扰，未能达到精细抗干扰的目的。提高飞行器姿态控制系统响应时间以及减小稳态误差对提高飞行器姿态控制精度至关重要，因此研究针对基于飞轮输出偏差的控制方法具有重要意义。

姿控系统测试装置已经在飞行器研制过程中得到了广泛应用，国内航天五院502所、航天八院812所，还有哈工大、清华、北航等高校都曾研制出姿控系统测试装置，但现有的姿控系统测试装置通常针对特定型号的飞行器而研制，有的仅仅针对某特定航天任务，为验证某种特定方法搭建，忽略了飞轮输出偏差干扰的影响，无法用于针对包括基于飞轮输出偏差在内的多种抗干扰姿态控制方法研究。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于飞轮输出偏差的抗干扰姿态控制方法及验证装置与验证方法，工程上易于实现，不仅能显著提高系统响应速度，也能够减小稳态偏差，进一步改善姿控系统的控制性能，且验证了基于飞轮输出偏差的抗干扰姿态控制方法的有效性，提高了姿态控制系统的控制精度。