[发明专利]一种控制力矩陀螺替代动量轮的卫星稳态控制方法

摘要

本发明公开了一种控制力矩陀螺替代动量轮的卫星稳态控制方法。当正常工作的动量轮数量为三个时，传统方式下动量轮只能以角动量过零方式工作实现姿态稳定控制，此时控制精度有所下降。针对这一问题，本发明提出了将备份控制力矩陀螺高速转子作为角动量固定动量轮使用，通过转动低速框架角提供某一方向的固定偏置角动量，使得剩余三个动量轮可以工作在偏置状态，从而使系统进入以备份控制力矩陀螺高速转子和三个工作在偏置角动量状态的动量轮组成的零动量控制系统的稳态控制模式，避免动量轮过零使用的精度损失问题。该方法使冷备份控制力矩陀螺兼顾了侧摆机动和稳态控制的备份作用，提高了该类卫星执行机构在轨使用的可靠性。

主权项

一种控制力矩陀螺替代动量轮的卫星稳态控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)针对基于控制力矩陀螺和动量轮混合执行机构的卫星控制系统，当正常工作的动量轮数量为三个时，计算备份控制力矩陀螺高速转子角动量和动量轮最大角动量的差值绝对值，如果该差值绝对值大于5Nms，则卫星控制系统采用三个动量轮过零使用的控制方式；如果该差值绝对值小于5Nms，则进入步骤(2)；(2)判断备份控制力矩陀螺高速转子角动量矢量与正常工作的三个动量轮中的任意两个的角动量矢量是否共面，如果共面，则卫星控制系统采用三个动量轮过零使用的控制方式；如果不共面，则进入步骤(3)；(3)将备份控制力矩陀螺低速框架以1度的步距依次旋转360度，依据控制力矩陀螺高速转子角动量矢量与三个动量轮角动量矢量的矢量和为零的约束条件，依次计算得到360组备份控制力矩陀螺低速框架转角以及该角度下三个动量轮的偏置角动量；(4)判断步骤(3)得到的360组数据中是否有某组数据满足三个动量轮的偏置角动量均处于其最大角动量的1/3至2/3之间，如果360组数据均不满足上述条件，则卫星控制系统维持三个动量轮过零使用的控制方式；如果360组数据中有一组或几组数据满足上述条件，则从满足上述条件的数据中选择一组数据作为备份控制力矩陀螺低速框架期望角度以及三个动量轮的标称偏置角动量，其中当三个动量轮的标称偏置角动量确定后，其对应的备份控制力矩陀螺低速框架转角即为控制力矩陀螺低速框架期望角度；(5)向卫星控制系统上注备份控制力矩陀螺低速框架期望角度，待备份控制力矩陀螺低速框架转动到位并锁定之后，上注备份控制力矩陀螺高速转子加电启动指令并同时上注三个动量轮的标称偏置角动量；(6)当备份控制力矩陀螺高速转子启动到额定转速且当动量轮的角动量达到标称偏置角动量后，系统进入以备份控制力矩陀螺高速转子和三个工作在偏置角动量状态的动量轮组成的零动量控制系统的稳态控制模式，从而实现卫星的高精度稳态控制。