[发明专利]一种基于电推轨道转移的姿态控制方法及系统

说明书

本发明一种基于电推轨道转移的姿态控制方法及系统，可应用于持续推力作用的长期轨道转移任务，在深空探测等需要进行长时间小推力轨道转移任务中，为了保证轨道控制精度，需要保证平台姿态时时跟踪变轨期望姿态。为了降低长期轨道转移中的燃耗，姿态控制尽可能基于电推进行。本文针对配有单框架控制力矩陀螺群(SGCMGs,single gimbal control moment gyros)和电推二维矢量机构的飞行器，提出了一种电推转移过程中的姿态控制策略，由力矩陀螺进行X轴的姿态控制，由二维矢量机构和电推配合进行Y/Z轴的姿态控制，实现尽可能在节省燃耗的基础上实现飞行器的姿态控制任务。

技术领域

本发明涉及一种基于电推轨道转移的姿态控制方法及系统，属于持续推力轨道转移中的姿态控制技术领域。

背景技术

目前的电推轨道转移主要用于地球同步静止轨道卫星入轨，深空探测等领域，其优势为基于电推进行轨道控制，相较于化推变轨能够大幅节省燃耗。对于轨道转移过程中的姿态控制，目前多配置单框架控制力矩陀螺群或飞轮以及化学推力器，但实际进行姿态控制时往往只使用其中一种执行机构，未能对轨控的电推力器推力进行有效使用，造成了动力能源的浪费。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，本发明提出一种基于电推轨道转移的姿态控制方法及系统，针对带有安装二维矢量机构的电推力器、单框架力矩陀螺群、化学推力器的飞行器，提供一种基于电推轨道转移的姿态控制方法，在保证尽量减小能耗的情况下，实现电推轨道转移的姿态控制任务。

本发明解决的技术方案为：一种基于电推轨道转移的姿态控制方法，步骤如下：

步骤一、设定飞行器的控制模式，包括三种控制模式，如下：

模式一：飞行器中的单框架控制力矩陀螺群SGCMGs和二维矢量机构配合使用控制飞行器的三轴姿态；

模式二：飞行器中的单框架控制力矩陀螺群SGCMGs单独控制三轴姿态；

模式三：飞行器中的化学推力器控制三轴姿态；

步骤二、根据飞行器中的单框架控制力矩陀螺群SGCMGs的奇异值，判断单框架控制力矩陀螺群SGCMGs的工作状态是否正常，同时根据三轴中Yb轴、Zb轴的控制偏差，判断Yb或Zb方向的指令力矩是否超出二维矢量机构的执行能力，所述三轴，包括：Xb轴、Yb轴和Zb轴，且三轴中两两正交；

步骤三、根据单框架控制力矩陀螺群SGCMGs的工作状态和Yb或Zb方向的指令力矩是否超出二维矢量机构的执行能力，进行步骤一设定的三种模式选择，实现持续推力的轨道转移过程中能够实时满足飞行器变轨期望姿态的需求。

优选的，步骤三、根据单框架控制力矩陀螺群SGCMGs的工作状态和Yb或Zb方向的指令力矩是否超出二维矢量机构的执行能力，进行步骤一设定的三种模式选择，实现持续推力的轨道转移过程中能够实时满足飞行器变轨期望姿态的需求，具体如下：

若单框架控制力矩陀螺群SGCMGs正常工作，且Yb、Zb方向的指令力矩在二维矢量机构的控制能力范围内，采用模式一进行飞行器控制；

若单框架控制力矩陀螺群SGCNGs正常工作，但Yb或Zb方向的指令力矩超出二维矢量机构的执行能力，采用模式二进行飞行器控制，同时将二维矢量机构恢复零位状态；

若单框架控制力矩陀螺群SGCMGs奇异值接近奇异状态，无法正常进行力矩输出，采用模式三进行飞行器控制，同时将二维矢量机构恢复零位状态，并对单框架控制力矩陀螺群SGCMGs进行角动量卸载。

优选的，模式一：飞行器中的单框架控制力矩陀螺群SGCMGs和二维矢量机构配合使用控制飞行器的三轴姿态，如下：