[发明专利]用磁力矩器替代故障飞轮的卫星姿控方法、系统和设备

说明书

本发明涉及卫星姿控技术领域，尤其涉及一种用磁力矩器替代故障飞轮的卫星姿控方法、系统和设备。方法包括：基于卫星的所有飞轮所对应的安装矩阵，计算每个非故障飞轮的目标输出力矩；根据故障飞轮的期望力矩，计算卫星的每个磁力矩器的目标输出磁矩；控制每个非故障飞轮输出相应的目标输出力矩，并控制每个磁力矩器输出相应的目标输出磁矩，以对卫星的姿态进行控制。当卫星上任意一个飞轮发生故障时，采用卫星上已有的三正交方式安装设置的磁力矩器，完成该故障飞轮的控制功能，避免配置多个冗余飞轮，极大降低了卫星的研制成本，且降低了卫星的重量。

技术领域

本发明涉及卫星姿控技术领域，尤其涉及一种用磁力矩器替代故障飞轮的卫星姿控方法、系统和设备。

背景技术

对于卫星如小卫星和微纳卫星等而言，飞轮是其姿态控制系统中的重要执行部件。为保证其可靠性并满足长寿命使用要求，目前姿控系统大都采用冗余备份的方式，即采用四个甚至更多的飞轮，当某一飞轮出现故障时，由冗余的飞轮顶替，从而实现与原系统类似的控制效果，而且为保证较为理想的飞轮构型和控制效果，也必须采用多个不同安装方向的备份飞轮才能实现任意轴都有备份作用，以满足姿态控制的需要。

但“采用配置更多飞轮的方式来备份故障飞轮”的传统方法，增加了卫星的整星控制系统的重量，也增加了整星的研制成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种用磁力矩器替代故障飞轮的卫星姿控方法、系统和设备。

本发明的一种用磁力矩器替代故障飞轮的卫星姿控方法的技术方案如下：

基于卫星的所有飞轮所对应的安装矩阵，计算每个非故障飞轮的目标输出力矩；

根据所述故障飞轮的期望力矩，计算卫星的每个磁力矩器的目标输出磁矩，所述卫星的本体坐标系中的三个坐标轴上分别设有一个磁力矩器；

控制每个非故障飞轮输出相应的目标输出力矩，并控制每个磁力矩器输出相应的目标输出磁矩，以对所述卫星的姿态进行控制。

本发明的一种用磁力矩器替代故障飞轮的卫星姿控方法的有益效果如下：

当卫星上任意一个飞轮发生故障时，采用卫星上已有的三正交方式安装设置的磁力矩器，完成该故障飞轮的控制功能，避免配置多个冗余飞轮，极大降低了卫星的研制成本，且降低了卫星的重量。

在上述方案的基础上，本发明的一种用磁力矩器替代故障飞轮的卫星姿控方法还可以做如下改进。

进一步，计算每个非故障飞轮的目标输出力矩的过程，包括：

从所述安装矩阵中，删除所述故障飞轮所关联的元素，得到修正后的安装矩阵；

根据修正后的安装矩阵和每个非故障飞轮的期望力矩，计算每个非故障飞轮的目标输出力矩。

进一步，还包括：

根据所述安装矩阵和每个非故障飞轮的期望力矩，得到所述故障飞轮的期望力矩。

进一步，所述根据所述故障飞轮的期望力矩，计算卫星的每个磁力矩器的目标输出磁矩，包括：

根据第一公式计算故障飞轮对应的每个磁力矩器的目标输出磁矩，所述第一公式为：其中，表示卫星所在轨道位置的地磁强度矢量在所述卫星的本体坐标系中的测量值，表示所述故障飞轮的期望力矩，表示所述地磁强度矢量的模，MT包括3个元素，分别对应所述卫星的本体坐标系中的每个坐标轴上的磁力矩器的目标输出磁矩。

本发明的一种用磁力矩器替代故障飞轮的卫星姿控系统的技术方案如下：

所述第一计算模块用于：基于卫星的所有飞轮所对应的安装矩阵，计算每个非故障飞轮的目标输出力矩；