[发明专利]发动机工作时干扰力矩实时估计方法

说明书

本发明公开了一种发动机工作时干扰力矩实时估计方法，其包括下列步骤：步骤一，角速度与推力器计时数据采集，高频率采集星上角速度，慢传推力器工作计时、喷气量数据；步骤二，迭代时间选取，迭代步长表示两次积分求和的时间间隔，决定了干扰力矩计算时数据输出频率；步骤三，积分求和；步骤四，干扰力矩解算，对卫星姿态动力学方程等式两边各项分别积分，利用上面步骤中求得的各项积分结果，反解得到干扰力矩。本发明提出的方法简单，且可实现多用途复用，可在高轨道卫星转移段变轨过程、深空探测飞行器轨道控制或者其他轨道控制过程使用，也可以在其他航天器中推广使用。

技术领域

本发明涉及一种干扰力矩实时估计方法，特别是涉及一种发动机工作时干扰力矩实时估计方法。

背景技术

高轨道卫星在转移轨道段需利用490N发动机进行轨道控制。由于490N发动机自身结构以及在地面调试校准过程中不可能做到完全精准无误，发动机工作时会产生偏离理论推力方向的推力。如果卫星质心在490N发动机推力矢量方向上，推力不会对姿态控制产生干扰力矩；但是由于490N发动机自身偏斜以及卫星多次变轨过程中燃料消耗引起质心会不断变化，490N发动机推力不可能始终通过卫星质心，必然会产生干扰力矩，引起用于姿态控制的推力器工作多消耗燃料，甚至卫星姿态失稳。因此对490N发动机工作时干扰力矩估计具有重要意义。

另外，卫星在轨运行期间会受到空间干扰力矩的影响，包括外界环境引起的干扰力矩以及自身转动部件产生的干扰力矩的影响。为了减小干扰力矩对姿态的影响，一般在地面对干扰力矩进行建模，然后在系统设计时对干扰力矩进行补偿。然而由于在轨空间环境、490N发动机实际工作等状态与地面建模存在差异，造成干扰力矩模型存在一定的误差和不确定性，这样对姿态控制精度、干扰力矩补偿效果等与理想值有一定误差。因此，因此通过在轨星上实时数据对干扰力矩进行实时估计是十分必要的。

目前国内外都在对卫星在轨干扰力矩的模型辨识进行研究。但是较多集中在卫星在轨稳态运行阶段，对于高轨道卫星、深空探测卫星等大推力发动机在变轨过程干扰力矩估计还没有发现相关的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种发动机工作时干扰力矩实时估计方法，其在不增加卫星数据采集前提下，利用卫星的实时角速度和推力器工作计时等数据，估计490N发动机工作时干扰力矩信息，通过引入耦合项积分以及必要的近似假设，保证估计准确性的同时，使过程简单易行，本发明提出的方法简单，且可实现多用途复用，可在高轨道卫星转移段变轨过程、深空探测飞行器轨道控制或者其他轨道控制过程使用，也可以在其他航天器中推广使用。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种发动机工作时干扰力矩实时估计方法，其包括下列步骤：

步骤一，角速度与推力器计时数据采集，高频率采集星上角速度，慢传推力器工作计时、喷气量数据；

步骤二，迭代时间选取，迭代步长表示两次积分求和的时间间隔，决定了干扰力矩计算时数据输出频率；

步骤三，积分求和；

步骤四，干扰力矩解算，对卫星姿态动力学方程等式两边各项分别积分，利用上面步骤中求得的各项积分结果，反解得到干扰力矩。

优选地，所述步骤三包括下列步骤：

步骤五，求取动量矩的积分；

步骤六，求取推力器工作控制力矩积分；

步骤七，求取干扰力矩积分；

步骤八，求取其它坐标轴与本轴的耦合项积分。

优选地，所述步骤三对于动力学中各项分别根据各自特点进行数值积分，动量矩的积分等于积分时长内角动量的变化，推力器工作控制力矩只存在推力器工作时间，因此积分时长中只有一段时间有作用；干扰力矩一直存在，整个积分时长内都由作用，耦合项积分采用每一时刻的数据乘以步长叠加得到。