[发明专利]一种唯星敏定姿定速的欠测量干扰抑制姿态控制方法

说明书

一种唯星敏定姿定速的欠测量干扰抑制姿态控制方法，步骤为：1)星敏感器接收控制计算机发出的同步信号，使得星敏测量数据的测量时刻与控制计算机的控制周期同步；2)根据当前控制周期有无新的星敏测量数据发送回来，获得当前时刻干扰力矩估计值M_d,i；3)计算控制器的输出，得到控制力矩，完成航天器的姿态控制。本发明采用前馈补偿的方法，快速消除干扰对航天器姿态角速度的负面影响，保证姿态平稳，从而为星敏正常工作提供保障条件，保证了星敏数据的连续性。

技术领域

本发明提出了一种唯星敏定姿定速的欠测量干扰抑制姿态控制方法，适用于配置有星敏的航天器喷气控制。

背景技术

航天器控制系统一般用星敏感器获取航天器的惯性姿态信息，用陀螺获取姿态角速度信息，姿态信息和角速度信息用于姿态控制系统进行姿态机动和保持控制。当陀螺发生故障不能提供姿态角速度时，姿态控制系统就会失效，造成航天器失控无法使用。为避免陀螺故障产生的恶劣后果，一般采取多配置陀螺的方式，保证即便有部分陀螺失效，仍可使用备份陀螺进行正常工作。这种方法，增加系统需要配置的陀螺个数，造成系统复杂度增大、重量增加。

采用星敏的姿态测量信息进行角速度估计，是在系统缺少陀螺的直接角速度测量时的一种可选用方法。由于星敏不能够在航天器姿态角速度过大时稳定工作，这种方法的应用具有很大的局限性。当航天器控制系统中存在较大干扰时(如轨控发动机安装偏斜造成轨控时的姿态扰动)，如果不能迅速消除干扰对姿态的扰动，航天器角速度在干扰作用下快速增大，星敏就无法正常输出姿态数据。一般来说，星敏可正常工作的单轴角速度需要保持在0.1～0.3度/秒以下。没有陀螺数据又失去星敏的姿态测量数据，航天器就会进入失控状态。因此，解决好干扰情况下的姿态控制方法，是仅应用星敏进行欠测量姿态控制的关键。特别是，在航天器执行轨道控制操作时。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种仅使用星敏测量数据进行喷气姿态控制的方法，解决了航天器没有陀螺测量数据，且存在较大姿控干扰力矩时，姿态角速度过大星敏不能正常输出测量数据，从而导致姿态控制失效的问题。

本发明的技术方案：一种唯星敏定姿定速的欠测量干扰抑制姿态控制方法，步骤如下：

(1)星敏感器接收控制计算机发出的同步信号，使得星敏测量数据的测量时刻与控制计算机的控制周期同步；

(2)如果当前控制周期有新的星敏测量数据发送回来，则执行3a-3h；如果当前控制周期没有新的星敏测量数据发送回来，则执行4a-4c；

(3a)采用星敏测量的姿态四元素数据直接计算出航天器当前时刻t1的惯性姿态θ_i；

(3b)采用当前时刻t1的星敏测量的姿态四元素数据q1和当前时刻t1前的某一时刻t2的星敏测量的姿态四元素数据q2，计算当前姿态平均角速度ω1，并记

(3c)采用t2时刻的星敏测量的姿态四元素数据q2和t2时刻前的某一时刻t3的星敏测量的姿态四元素数据q3，计算次时刻t2的姿态角速度ω2；

(3d)计算t1时刻至t3时刻间的平均角速度ω；

(3e)计算t1时刻至t3时刻间的星体受到的力矩冲量dT；

(3f)计算t1时刻至t3时刻间的星体受到的干扰力矩冲量dM_d；

(3g)计算得到干扰力矩M_d；

(3h)采用α-β滤波对干扰力矩计算值进行滤波估计，获得当前时刻干扰力矩估计值M_d，i；并转到步骤(5)；

(4a)根据运动学方程，采用外推方法计算出航天器当前时刻t1惯性姿态角θ_i；