[发明专利]一种姿轨耦合控制方法及其系统

说明书

本申请公开了一种姿轨耦合控制方法及其系统，其中，姿轨耦合控制方法，包括：确定轨道运动状态；确定姿态运动状态；根据轨道运动状态和姿态运动状态确定姿轨耦合运动状态；根据姿轨耦合运动状态获取姿控轨控的耦合运动关系，并依据耦合运动关系下发控制指令。本申请具有简化系统设计、提高系统的可靠性和降低系统风险的技术效果。

技术领域

本申请涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种姿轨耦合控制方法及其系统。

背景技术

目前航天器轨道控制和姿态控制采用解耦控制方式。轨道控制采用通过航天器质心的主推力发动机，姿态控制采用不通过航天器质心，仅产生绕心力矩的小推力器生成力偶。

具体的，如图1和2所示，姿态控制使用安装在运载体本体1侧壁周围的三组(6个)姿控喷管2进行姿态控制，第一姿控喷管21、第四姿控喷管24或第三姿控喷管23、第六姿控喷管26同时开控制滚转通道，第一姿控喷管21、第六姿控喷管26或第三姿控喷管23、第四姿控喷管24同时开控制俯仰通道，第二姿控喷管22或第五姿控喷管25开控制偏航通道。主推力发动机3执行轨道控制指令。

此外，现有技术的方案需要安装多组喷管，系统复杂，管路接头等环节增多，整体较低了系统可靠性。

一般姿控喷管和主发动机采用的推进剂组元不是同一类，需要安装多套推进剂贮箱和增压气瓶，结构安装空间紧张，整体重量较大。

发明内容

本申请的目的在于提供一种姿轨耦合控制方法及其系统，具有简化系统设计、提高系统的可靠性和降低系统风险的技术效果。

为达到上述目的，本申请提供一种姿轨耦合控制方法，包括：确定轨道运动状态；确定姿态运动状态；根据轨道运动状态和姿态运动状态确定姿轨耦合运动状态；根据姿轨耦合运动状态获取姿控轨控的耦合运动关系，并依据耦合运动关系下发控制指令。

如上的，其中，控制指令包括轨控指令和姿控指令。

如上的，其中，当轨控指令和姿控指令同时作用于同一发动机上时，取两者的逻辑或结果作为需要执行的指令。

如上的，其中，轨道运动状态的状态量导数表达式如下：其中，为轨道运动状态的状态量导数；A为状态转移矩阵；X为轨道运动方程状态量，包括三方向位置和速度；B为控制增益矩阵；F为控制力分量。

一种姿轨耦合控制系统，包括运载体本体、多个发动机、多个喷管、控制器以及输送系统；多个发动机设置于运载体本体底部；多个喷管设置于运载体本体外侧；控制器与输送系统均设置于运载体本体内部；控制器与输送系统信号连接；输送系统分别与多个发动机和多个喷管连接；控制器执行上述任意一项的姿轨耦合控制方法。

如上的，其中，输送系统包括：增压装置、燃料存储装置和输送管路；燃料存储装置与增压装置连通；燃料存储装置通过输送管路分别与多个发动机和多个喷管连通；燃料存储装置与发动机和喷管之间的输送管路上均设置有控制阀；每个控制阀均与控制器信号连接。

如上的，其中，增压装置包括：增压气瓶；增压气瓶通过增压气路与燃料存储装置连通；增压气瓶与燃料存储装置之间的增压气路上设置有截止阀和减压阀；截止阀设置于增压气瓶与燃料存储装置之间；减压阀设置于截止阀与燃料存储装置之间。

如上的，其中，输送管路包括：一个主管路和多个子管路；主管路与燃料存储装置连通；每个子管路的一端均与主管路连通，另一端与发动机或喷管连通；每个子管路上均设置有控制阀，控制阀设置于主管路与发动机或喷管之间。

如上的，其中，多个发动机以运载体的轴心为中心呈圆周状均匀间隔设置。

如上的，其中，多个喷管中的每两个喷管为一组，同一组喷管中的两个喷管呈相对位置连接，且喷管出口均远离连接点。

本申请实现的有益效果如下：