[发明专利]基于力矩输出能力最优的单框架控制力矩陀螺操纵方法

摘要

基于力矩输出能力最优的单框架控制力矩陀螺操纵方法，涉及敏捷卫星姿态控制领域，它解决了现有单框架控制力矩陀螺操纵律不能有效回避奇异，并且在逃离奇异时会带来较大的力矩误差的问题，本发明具体步骤为：卫星姿态控制系统根据当前的姿态信息获得CMG系统输出当前的期望力矩T_c；计算CMG系统输出期望力矩T_c能力最优的框架角速度；根据期望力矩T_c和最优框架角速度，获得CMG系统的框架转速指令；实现对卫星的姿态控制。本发明所述方法有效地避免了奇异问题，同时减少了输出力矩误差，从而提高了卫星的姿态控制精度。

主权项

1.基于力矩输出能力最优的单框架控制力矩陀螺操纵方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、卫星姿态控制系统根据当前的姿态信息获得CMG系统输出当前的期望力矩T_c；步骤二、根据步骤一获得的当前期望力矩T_c，计算CMG系统输出期望力矩T_c能力最优的框架角速度步骤二所述最优的框架角速度的计算过程为：根据期望力矩T_c和第i个CMG单元当前的角动量h_i，获得第i个CMG单元输出期望力矩T_c能力最优的角动量h_di，即：hdi=gi×Tc||gi×Tc||]]>式中，g_i为第i个CMG单元的框架轴方向矢量，当前的角动量h_i与期望的最优的角动量h_di之间的角距离δ_di为：δdi=arccos(<hi,hdi>||hi||·||hdi||)·sgn(<hi×hdi,gi>)]]>经过一个控制周期Δt之后，所述的第i个CMG单元当前框架角δ_i与期望的框架角重合，则期望的框架角速度为：δ·di=δdiΔt]]>满足为硬件能够提供的最大框架角速度；则输出期望力矩T_c能力最优的框架角速度为：δ·d=δ·d1δ·d2δ·d3δ·d4T]]>步骤三、根据步骤一和步骤二获得的当前的期望力矩T_c和最优框架角速度获得CMG系统的框架转速指令所述获得CMG系统的框架转速指令的计算过程为：提出混合二次型优化指标L：L=minδ·12δ·eTAδ·e+TeTBTe]]>其中，所述J为雅克比矩阵，A、B分别为加权矩阵，满足该优化指标的框架转速为：δ·=(A+JTBJ)-1(Aδ·d+JTBh·)]]>取B＝E₃，A＝λE₄，有：δ·=(λE4+JTJ)-1(λδ·d+JTh·)]]>将上式变换为：δ·=[E4-1λJT(E3+1λJJT)-1J](δ·d+1λJTh·)]]>式中λ取为：λ＝λ₀exp(0.5det(JJ^T))，其中，λ₀为常数；步骤四、根据步骤三获得的框架转速指令操纵CMG系统输出期望力矩T_c，实现对卫星的姿态控制。