[发明专利]一种磁控小卫星的低功耗对日捕获及定向姿态控制方法

权利要求书

1.一种磁控卫星的低功耗对日捕获及定向姿态控制方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：

步骤一、根据磁强计和MEMS陀螺的测量信息，获得星体系下的磁场强度矢量和姿态角速度矢量；

步骤二、针对六面体卫星不同面是否可见太阳的情况，预先设定相应的期望姿态角速度，并根据0-1式太阳敏感器当前测量信息，获得当前时刻的期望星体姿态角速度；

步骤三、根据步骤一的获得的姿态角速度矢量和步骤二中预先设定相应的期望姿态角速度，计算当前时刻的误差姿态角速度，并设定基于所述误差姿态角速度的比例形式期望磁控力矩

步骤四、计算步骤一获得的星体系下磁场强度矢量和步骤三中所述期望磁控力矩的向量夹角；并根据向量夹角的不同值，设计期望的控制磁矩通过对所述期望的控制磁矩进行坐标转换和限幅，获得加载在磁线圈上的实际控制磁矩

步骤五、根据磁线圈的最大磁矩值、实际控制磁矩姿态控制周期及磁强计的采集时间长度，获得磁线圈的实际加电时长T_use1；

步骤六、重复步骤一至步骤五，直至数字太阳敏感器工作并输出有效测量值，并根据获得的有效测量值设计星体系下的姿态控制误差向量；根据所述姿态控制误差向量以及步骤一获得的磁场强度矢量和星体系下姿态角速度矢量，设计具有比例和微分形式的期望磁控力矩

步骤七、计算星体系下的磁场强度矢量与步骤六所述的期望磁控力矩的夹角；根据夹角的不同值设计期望的控制磁矩通过对所述控制磁矩进行坐标转换和限幅，获得加载在磁线圈上的实际控制磁矩

步骤八、根据磁线圈的最大磁矩值、实际控制磁矩姿态控制周期及磁强计的采集时间长度，获得磁线圈的实际加电时长T_use2；

步骤九、重复步骤六至步骤八，直至将数字太阳敏感器的角度输出值控制在预先给定的区间[-δ,δ]，δ为预先给定的正常数，保证小卫星的最大帆板面与太阳矢量垂直，实现最大效率充电。

2.根据权利要求1所述的一种磁控卫星的低功耗对日捕获及定向姿态控制方法，其特征在于：在步骤一之前，针对六面体构型卫星，其配置每个面一个0-1式太阳敏感器，且6个0-1式太阳敏感器对全天球覆盖；配置数字太阳敏感器一个并安装在卫星的最大对日面；配置一个磁强计；配置用于测量卫星三轴姿态角速度信息的MEMS陀螺一套；配置可控制卫星三轴的磁线圈一套。

3.根据权利要求2所述的一种磁控卫星的低功耗对日捕获及定向姿态控制方法，其特征在于：步骤二的具体过程为：

根据0-1式太阳敏感器测量获得的当前时刻太阳方向信息，按照预先设定的控制逻辑，即：

若卫星的+X面见太阳，则令w_hx＝0,w_hy＝0,w_hz＝0；

若卫星的-X面见太阳，则令w_hy＝w_const；

若卫星的+Y面见太阳，则令w_hz＝w_const；

若卫星的-Y面见太阳，则令w_hz＝-w_const；

若卫星的+Z面见太阳，则令w_hy＝-w_const；

若卫星的-Z面见太阳，则令w_hy＝w_const；

若卫星的六个0-1式太阳敏感器均不见太阳，则令w_hx＝0,w_hy＝0,w_hz＝0；w_hx,w_hy,w_hz分别表示期望的星体角速度在卫星三个轴，即滚动轴，俯仰轴，偏航轴的分量；

获得当前时刻的期望星体姿态角速度其中，w_const为预先给定的姿态机动角速度。

4.根据权利要求1所述的一种磁控卫星的低功耗对日捕获及定向姿态控制方法，其特征在于：步骤三的具体过程为：

根据步骤一获得的姿态角速度矢量与步骤二获得的期望星体姿态角速度计算当前时刻误差角速度并按照计算获得期望的磁控力矩k_d1为设计的控制参数。