[发明专利]一种星体对日定向控制方法

说明书

本发明提出一种星体对日定向控制方法，通过向磁力矩器输出控制力矩以控制星体姿态，包括如下步骤：(1)根据地磁矢量和太阳矢量确定星体角速度矢量；(2)根据星体角速度矢量，判断是否需要阻尼；(3)根据太阳矢量与星体面法向矢量，确定太阳角，并计算控制力矩第一项；(4)根据太阳角的大小，判断计算控制力矩第二项的方式；(5)计算控制力矩第三项；(6)根据期望控制力矩反算磁力矩器对应的期望输出磁矩；(7)根据期望输出磁矩，驱动磁力矩器工作，进行姿态控制。本发明根据太阳角的大小，判断期望控制力矩中的力矩项是否需要进行修正及如何修正，并通过相应的计算公式完成修正，从而实现全天域、全状态下的磁控自旋对日定向。

技术领域

本发明涉及一种对日定向方法，尤其涉及一种星体对日定向控制方法，属于航天器姿态控制技术领域。

背景技术

卫星的对日定向对于能源获取至关重要，对于低轨道卫星而言，采用工作性能相对可靠的太阳敏感器、磁强计和磁力矩器实现卫星的对日定向关系到卫星的生命安全。考虑到磁控作用总是垂直于当地磁力线方向，纯磁控卫星的姿态稳定实际上是欠驱动的控制系统。当前比较有效的方法是采用自旋稳定的方法可以实现多数情况下星体(太阳帆板)指向的稳态地日。但是，该方案存在一个重大缺陷，在某些情况下将无法形成磁控对日，甚至会实现反向对日，即太阳帆板的背面朝向太阳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：对既有的、仅用太阳敏感器和磁强计进行测量和仅用磁力矩器进行星体对日定向控制的方案进行适应性修正，实现全天域、全状态的磁控自旋对日稳定。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种有效的控制修正方法，该方法根据太阳敏感器测得的太阳角进行判断，确定是否要对相应的期望控制力矩中的力矩项进行修正。尤其适用于仅采用太阳敏感器、磁强计和磁力矩器实现星体太阳帆板对日定向的纯磁控姿态控制。所述星体对日定向控制方法包括：

计算控制力矩；以及

向磁力矩器输出控制力矩以控制星体姿态；

其中计算控制力矩包括：

(1)根据地磁矢量和太阳矢量S_b确定星体角速度矢量ω_bo；

(2)根据星体角速度矢量ω_bo，判断是否需要阻尼；

(3)根据太阳矢量S_b与星体面法向矢量V_S，确定太阳角ε，并计算控制力矩第一项T₁；

(4)根据太阳角ε的大小，判断计算控制力矩第二项T₂的方式；

(5)计算控制力矩第三项T₃；

(6)根据期望控制力矩反算磁力矩器对应的期望输出磁矩；

(7)根据期望输出磁矩，驱动磁力矩器工作，进行姿态控制。

可选的，在所述的一种星体对日定向控制方法中，控制力矩为控制力矩第一项、控制力矩第二项和控制力矩第三项之和；

T_desired＝T₁+T₂+T₃。

可选的，在所述的一种星体对日定向控制方法中，所述控制力矩T_desired依据以下公式计算：