[发明专利]一种使用CMG控制卫星姿态的方法

说明书

本发明涉及一种使用CMG控制卫星姿态的方法，该方法通过设计CMG的操纵律获得卫星姿态控制力矩，从而对卫星的姿态进行控制，属于卫星姿态控制技术领域，CMG为控制力矩陀螺。本发明通过将导致CMG三轴合成零动量的可用角动量包络严重畸形的多余角动量设置为三轴合成的偏置动量，使得CMG组合的可用角动量包络除偏置角动量方向外其余都分布比较平均，保证CMG控制的姿态机动在更多方向上都能正常完成。

技术领域

本发明涉及一种使用CMG控制卫星姿态的方法，该方法通过设计CMG 的操纵律获得卫星姿态控制力矩，从而对卫星的姿态进行控制，属于卫星姿态控制技术领域，CMG为控制力矩陀螺。

背景技术

采用控制力矩陀螺群(CMGs)进行卫星姿态控制时，一般要求各CMG 的标称角动量必须一致，以便于进行CMG操纵律的设计。然而，当CMG群中某些CMG出现性能衰变(或者出于试验目的特意安装了不同的CMG)，导致CMG标称角动量不一致时，将使得CMG群的角动量包络出现严重畸变。针对上述问题，本发明将导致CMG群角动量包络出现畸变的那一部分角动量设置成整星的偏置角动量，从而使得所设计的CMG群操纵律可以继续沿用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种使用CMG控制卫星姿态的方法，卫星上安装有n个CMG，n为4、5或6；n个CMG的角动量不完全相同，即其中至少有一个CMG的角动量与其他n-1个CMG的角动量不同，且角动量的差值的最大值不小于角动量较小值的一倍以上，比如 n个CMG分别为N₁CMG、N₂CMG、…、N_nCMG，N₁CMG的角动量为h1， N₂CMG的角动量为h2，…， N_nCMG的角动量为hn，h1h2…hn，则h1-hn 的值最小为hn的一倍；该方法通过将导致CMG三轴合成零动量的可用角动量包络严重畸形的多余角动量设置为三轴合成的偏置动量，使得CMG组合的可用角动量包络除偏置角动量方向外其余都分布比较平均，保证CMG控制的姿态机动在更多方向上都能正常完成。

本发明的技术解决方案是：

一种使用CMG控制卫星姿态的方法，卫星上安装有n个CMG，n为4、 5或6；n个CMG的角动量不完全相同，即其中至少有一个CMG的角动量与其他n-1个CMG的角动量不同，且角动量的差值的最大值不小于角动量较小值的一倍以上；该方法的步骤包括：

(1)根据n个CMG在卫星上的安装矩阵，将导致CMG三轴合成零动量的多余角动量设置为三轴合成的偏置角动量H_bias，即计算初始时刻n个CMG 在卫星本体坐标系下的合成角动量为H_bias；

H_bias＝h(Asinδ+Bcosδ)E

式中A为n个CMG框架角均为90度时，各个CMG角动量单位矢量方向在卫星本体的矩阵；

B为n个CMG框架角均为0度时，各个CMG角动量单位矢量方向在卫星本体的矩阵；

矩阵A，B的元素仅与安装有关，可写成

A₁为N₁CMG的角动量单位矢量的方向，a₁₁为N₁CMG的角动量单位矢量在卫星本体坐标系X轴的投影；a21为N₁CMG的角动量单位矢量在卫星本体坐标系Y轴的投影；a31为N₁CMG的角动量单位矢量在卫星本体坐标系Z轴的投影；