[发明专利]一种分离式电磁力耦合卫星载荷指向操控方法

权利要求书

1.一种分离式电磁力耦合卫星载荷指向操控方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1将卫星-载荷连接体与卫星本体固连，若干分离式电磁音圈作动器磁铁部分固定在卫星载荷上，线圈部分与卫星-载荷连接体固定连接；在卫星载荷上安装用于测量载荷的实际姿态角的星敏感器；在卫星载荷上部安装镜筒，用于遮光、固定和支撑相机镜头；

S2对卫星本体和卫星载荷分别进行动力学建模，得到卫星载荷的姿态角和卫星本体对卫星载荷的控制力矩的关系；

S3线圈通电，通过控制电流的大小，分离式电磁音圈作动器产生输出力，合成控制力矩，用于控制姿态角运动；

S4根据该分离式电磁音圈作动器的工作原理及其动力学模型设计控制方法，得到系统的控制算法框图，实现对卫星载荷的超静指向操控；

S5利用星敏感器测量姿态角，与期望的姿态角参考值比较，并将参考角位置与实际角位置的差值作为控制输入，进行补偿，当实际姿态角达到期望姿态角时，控制完成。

2.根据权利要求1所述的一种分离式电磁力耦合卫星载荷指向操控方法，其特征在于，所述步骤S1中，共采用八个分离式电磁音圈作动器，其中四个电磁音圈作动器沿卫星载荷轴线在载荷底部四个角处对称分布，另外四个作动器在卫星载荷侧面的中间位置处，沿载荷轴线以90°夹角安装。

3.根据权利要求1所述的一种分离式电磁力耦合卫星载荷指向操控方法，其特征在于，所述卫星-载荷连接体为U型结构，卫星载荷和电磁音圈作动器置于卫星-载荷连接体之上。

4.根据权利要求1所述的一种分离式电磁力耦合卫星载荷指向操控方法，其特征在于，所述分离式电磁音圈作动器磁铁部分用螺栓安装在卫星载荷上，线圈部分与卫星-载荷连接体用螺栓连接；卫星载荷上的镜筒采用螺栓连接。

5.根据权利要求2所述的一种分离式电磁力耦合卫星载荷指向操控方法，其特征在于，所述步骤S2中，对卫星本体和卫星载荷分别进行动力学建模前，首先建立卫星载荷的参考坐标系用于对光轴的指向进行操控，八个作动器分为两组，底部安装的四个作动器控制载荷绕x轴和y轴的转动，侧面安装的四个作动器控制载荷绕z轴的转动。

6.根据权利要求5所述的一种分离式电磁力耦合卫星载荷指向操控方法，其特征在于，所述步骤S2中，对卫星本体进行动力学建模时，将其看作刚体，参考坐标系为Ox_ry_rz_r，不考虑环境因素的影响，模型如下：

其中，为卫星本体执行机构产生的控制力矩，为载荷对卫星本体的反作用力矩，I_x,I_y,I_z为卫星本体的惯量矩，ψ,θ,分别为卫星的偏航、俯仰和滚动角，ω_x,ω_y,ω_z为卫星绕参考坐标系的转动角速度；

为使卫星本体保持稳定，即ω_x,ω_y,ω_z＝0,ψ,θ,卫星本体的执行机构来补偿载荷对本体的影响，采用如公式(2)所示的控制律对卫星本体进行稳定控制：

则卫星本体的动力学方程为：

从该方程中可看出，卫星本体三通道姿态控制完全解耦，选取合适的微分参数和比例参数可使卫星本体保持稳定。