[发明专利]一种用于具有大惯量积航天器的动量轮布局配置方法

摘要

本发明公开了一种用于具有大惯量积航天器的动量轮布局配置方法，通过对具有大惯量积航天器的惯量矩阵进行谱分解、建立该航天器的解耦姿态动力学模型，从而计算设定设置在航天器上的动量轮的安装角度位置，最终实现对该航天器的姿态角进行解耦控制。本发明能够避免由于大惯量积造成的航天器本体坐标轴上两个或三个方向的姿态运动存在耦合，实现了大惯量积三轴稳定零动量的解耦控制，并实现对航天器各个姿态的独立控制。

主权项

一种用于具有大惯量积航天器的动量轮布局配置方法，其特征在于，该动量轮布局配置方法包含如下步骤：S1，对航天器初始化本体坐标系下具有大惯量积航天器的惯量矩阵进行谱分解，得到：P‑1AP＝Λ                    式(1)；其中，Λ＝diag[λ1 λ2 λ3]为特征矩阵，λ1，λ2，λ3为矩阵A的特征值；P为惯量矩阵A的转换矩阵；为惯量矩阵A的逆转换矩阵，P与P‑1为互为逆矩阵；根据式(1)可知，该航天器的惯量矩阵A的变化形式为：A＝PΛP‑1                   式(2)；S2，根据所述步骤S1获取的谱分解结果，建立该航天器的解耦姿态动力学模型；S3，根据所述步骤S2建立的解耦姿态动力学模型，计算和设定该航天器三组动量轮的安装角度；S4，根据所述步骤S3设定动量轮的安装角度布局三组动量轮，实现每组动量轮控制所述航天器姿态运动解耦后对应的姿态角；所述步骤S2具体包含：S2.1，当所述航天器初始本体坐标系相对于轨道坐标系的滚动姿态角俯仰姿态角θ及偏航姿态角ψ均为小角度时，按照先偏航、后滚动、再俯仰轴旋转的3‑1‑2转序姿态定义，得到该航天器的姿态运动学模型：其中，ω‑‑航天器初始本体坐标系相对于惯性坐标系的转速；ωx、ωy、ωz‑‑分别为航天器相对于惯性坐标系的转速在初始本体坐标系中的三轴分量；ω0‑‑为航天器轨道坐标系相对于惯性坐标系的转速在轨道坐标系Y轴上的分量大小；S2.2，在忽略二阶及以上小量的情况下，结合所述步骤S2.1获取的航天器姿态运动学模型的式(3)，获取该航天器的姿态动力学模型：其中，hx、hy、hz‑‑分别为安装在该航天器上的三组动量轮相对于航天器在初始本体坐标系三坐标轴的角动量，三组动量轮的旋转轴分别平行于航天器的初始本体坐标轴；Tdx、Tdy、Tdz‑‑分别为航天器所受到的外干扰力矩在空间三坐标轴的分量；S2.3，根据该航天器的惯量矩阵谱分解的结果，设定解耦之后该航天器的姿态角为：ξ＝[α β γ]T，该姿态角ξ满足如下公式：其中，α‑‑定义为该航天器解耦后的滚动姿态角；β‑‑定义为该航天器解耦后的俯仰姿态角；γ‑‑定义为该航天器解耦后的偏航姿态角；S2.4，根据所述式(2)、式(4)及式(5)，获得该航天器的解耦姿态动力学模型：