[发明专利]基于控制力矩输出约束的姿态机动动态优化方法及介质

权利要求书

1.基于控制力矩输出约束的姿态机动动态优化方法，其特征在于，包括：

在姿态机动开始时计算指定机动对应的欧拉轴角机动方向和欧拉轴角机动角度，并初始化动态优化机动规划角度值和机动规划角速度值，进入姿态机动加速段；

在姿态机动加速段，实时根据欧拉轴角机动方向和框架角位置值解算参考框架角速度，根据参考框架角速度和输出约束限幅计算动态优化系数值，根据动态优化系数值和参考框架角速度更新参考角加速度、动态优化机动规划角度和角速度，根据参考角加速度值、动态优化机动规划角度和角速度，以及星上定姿给出的姿态四元数估计值和角速度估计值计算指令框架角速度值；

当满足匀速段条件时转入匀速段，当满足减速段条件时转入减速段；

在匀速段，根据指定星体角速度实时更新参考角加速度值、动态优化机动规划角度和角速度，根据参考角加速度值、动态优化机动规划角度和角速度，以及星上定姿给出的姿态四元数估计值和角速度估计值计算指令框架角速度值；当机动角度余量不大于减速机动角度值时，转入减速段；

在减速段，实时根据框架角位置值解算参考框架角速度，根据参考框架角速度和输出约束限幅计算动态优化系数值，根据动态优化系数值和参考框架角速度更新参考角加速度值、动态优化机动规划角度和角速度，根据参考角加速度值、动态优化机动规划角度和角速度，以及星上定姿给出的姿态四元数估计值和角速度估计值计算指令框架角速度值；

根据指令框架角速度值对框架角进行控制，实现姿态机动，并实时采集新的框架角位置值、姿态四元数估计值和星体角速度估计值，用于下一时刻的指令框架角速度值更新。

2.根据权利要求1所述的基于控制力矩输出约束的姿态机动动态优化方法，其特征在于，所述计算指定机动对应的欧拉轴角机动方向和欧拉轴角机动角度的方法包括如下步骤：

计算机动相对四元数其中，表示四元数乘法计算，q_t0为机动目标姿态四元数，q_bos为机动起点时刻的卫星本体相对于卫星轨道系的姿态四元数，记q_bos的矢量部分和标量部分为别为和n_bos，则q_bos^-1的矢量部分和标量部分为别为和n_bos；

记q_m的矢量部分和标量部分为别为和n_m，则欧拉轴角机动角度为χ_m＝2arccos(n_m)，欧拉轴角机动方向的矢量为其中arccos()为反余弦函数。

3.根据权利要求2所述的基于控制力矩输出约束的姿态机动动态优化方法，其特征在于，所述解算参考框架角速度包括如下步骤：

由C(δ)＝Acosδ-Bsinδ计算CMG系的力矩矩阵C(δ)；其中δ＝[δ₁,...,δ_n]^T为各CMG的框架角位置，n为CMG的个数；和(i＝1,…,n)分别为各CMG框架角位于90度和0度时各CMG转子角动量的方向矢量；

由计算各CMG的参考框架角速度其中h为单个CMG的标称转子角动量，为欧拉轴角机动方向的矢量。

4.根据权利要求3所述的基于控制力矩输出约束的姿态机动动态优化方法，其特征在于，所述根据参考框架角速度和输出约束限幅计算动态优化系数值，根据动态优化系数值和参考框架角速度更新参考角加速度、动态优化机动规划角度和角速度包括如下步骤：

由计算参考框架角速度各分量绝对值的最大值

由计算动态优化系数值k_dyn；其中为指定的框架角速度限幅值；

由计算参考前馈力矩值T_a；

由a_ref＝J_sat^-1T_a计算参考角加速度a_ref；其中J_sat为整星惯量矩阵；

由和计算动态优化机动规划角度χ_r和角速度其中ΔT为控制周期，χ_r'和为上一周期计算的动态优化机动规划角度和角速度，初值均为0。