[发明专利]双自由度太阳帆板控制方法及其控制系统

说明书

本申请涉及卫星研究技术领域，尤其涉及一种双自由度太阳帆板控制方法及其控制系统。该双自由度太阳帆板控制方法采用将偏航机动和单自由度的SADA结合的方式对卫星及太阳帆板进行驱动，所需器件少，准确性高，且摆动式单自由度的SADA的结构简单，可靠度高，采用角速度控制方法，控制力矩输出不频繁，便能保持其均速转动，在节能的同时也提高了控制的稳定性和可靠度。本申请的方法还利用了日照区与阴影区的变化特点，设计太阳帆板只需在日照区匀速转动，而在阴影区停止对日运动，回到初始太阳帆板姿态，等待日照区到来，该方法更高效、更节能、控制精度及准确性更高。该控制系统所需器件少，可靠度高，实现难度低，准确性高。

技术领域

本申请涉及卫星研究技术领域，尤其涉及一种双自由度太阳帆板控制方法及其控制系统。

背景技术

为了充分利用太阳能电池产生的电能，卫星上伸出一翼或两翼船帆似的板，板上布满了太阳能电池，这种船帆似的板被称为太阳能电池阵，即太阳帆板。为使太阳能电池达到尽可能高的利用率，卫星还安置了卫星太阳帆板驱动机构(简称SADA)，其主要使命是带动太阳能电池阵转动并使其法线与太阳光射束重合，以获取尽可能多的太阳能，从而为卫星提供尽可能多的电能。目前，对卫星的姿态控制精度要求愈来愈高，利用单自由度伺服机构控制太阳帆板对准太阳的方法已越来越不能满足用户对高精度的要求，故双自由度太阳帆板的控制方法应运而生。

其中，一种常用的双自由度太阳帆板控制方法是采用太阳敏感器测量、双轴SADA驱动太阳电池阵。这种方法需要测量两个角：1)太阳矢量在太阳帆板坐标系XOY面上的投影与其X轴间的夹角，即λ角，可采用两个狭缝式太阳敏感器，分别安装在卫星的+X面和-X面上，狭缝与太阳帆板坐标系的Z轴平行；2)太阳矢量与太阳帆板坐标系Z轴间的夹角，即α角，可另外采用两个狭缝式太阳敏感器，分别安装在卫星的+X面和-X面上，狭缝与太阳帆板坐标系的Y轴平行。双轴SADA的两个轴都可以是非连续转动的，其中一个轴的转动轴与卫星的Z轴平行，称为转轴A，转动范围是[γ，180-γ]，周期与轨道周期相同，另一个轴的转动轴与卫星的Z轴垂直，称为转轴B，其初始位置与卫星的Y轴平行，转动范围与每个轨道的阴影区有关，当卫星进入日照区开始转动，转动角速度与轨道角速度相同，进入轨道阴影区后则快速回复到初始零位，之后停转等待。这种控制方法可直接将转轴A的转角-λ和转轴B的转角-(90-α)输入至控制器，控制器再根据输入的值计算出两个转轴的转动步数，再输出到SADA，从而实现控制太阳帆板的控制，这种方法虽然可直接通过太阳敏感器测量太阳矢量相对太阳帆板坐标系的位置，测量结果准确度高，但是这种方法需要四个太阳敏感器和一个双轴SADA，所需器件较多，并且双轴SADA的机构复杂，可靠度不高，且都是关键单点，变量太多，大幅降低了系统的可靠度。

另一种常用的双自由度太阳帆板控制方法是采用星敏感器测量，控制卫星本体转动指向太阳。由于星敏感器的输出就是惯性坐标系中的矢量，该矢量与太阳矢量的几何关系是固定的。控制器可以直接使用星敏感器的输出与太阳矢量在惯性系中的坐标差作为控制器输入。这种方法虽然只需星敏感器的安装矩阵和时间，所需器件和条件少，但是，以转动卫星的方式控制太阳电池阵指向太阳，一方面这种操作方法较为繁琐，另一方面由于太阳和地球、卫星间的空间几何关系随轨道变化，在太阳电池阵指向太阳时卫星的指地面(Z轴)并不一定指地，在要求有效载荷指地的卫星里，这种方法无法保证可同时实现太阳电池阵指向太阳和卫星指地面轴(Z轴)指地，导致其准确度较差，可靠性较低，使用不够广泛。

发明内容

本申请提供了一种双自由度太阳帆板控制方法及其控制系统，以解决现有技术中所需器件多、结构复杂、变量较多、可靠度不高的问题。

本申请第一方面提供了一种双自由度太阳帆板控制方法，包括以下步骤：

S1，测出当地时间即为初始时刻，和卫星轨道参数，包括轨道倾角ζ和初始时刻轨道升交点赤经η₀；