[发明专利]一种应用飞轮群的欠驱动航天器姿态控制方法

摘要

本发明涉及一种应用飞轮群的欠驱动航天器姿态控制方法，首先确定单个飞轮的角动量集合，再确定飞轮群角动量集合；计算飞轮群与航天器组成的整体系统的初始角动量幅值，并判定该初始角动量幅值是否满足条件；然后确定航天器姿态可机动集合，进而判定航天器能否实现姿态机动指令；确定航天器姿控系统最优控制性能指标，最后通过高斯伪谱法进行迭代计算，实现航天器的姿态机动控制。本发明给出了任意角动量条件下的航天器姿态可机动集合，解决了应用任意飞轮群剪刀对构型、任意系统初始角动量欠驱动航天器的姿态机动控制问题，从而推广了飞轮群在欠驱动航天器姿态控制系统中的应用。

主权项

1.一种应用飞轮群的欠驱动航天器姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.确定单个飞轮的角动量集合；S2.根据单个飞轮的角动量集合，确定飞轮群角动量集合；S3.判定飞轮群与航天器组成的整体系统的初始角动量幅值是否位于飞轮群角动量集合的边界条件内；S4.确定航天器姿态可机动集合；包括：如果飞轮群与航天器组成的整体系统的初始角动量幅值的范数等于0，则航天器姿态可机动集合为三维旋转群，此时欠驱动航天器可进行任意姿态机动，航天器直接接收姿态机动指令并执行；如果初始角动量幅值的范数不等于0，则确定航天器姿态可机动集合其中，q_f是航天器控制终端姿态四元数，H_f表示航天器控制终端角动量，H₀是飞轮群与航天器组成的整体系统的初始角动量幅值；S5.航天器接收姿态机动指令，判定该姿态机动指令是否属于姿态可机动集合，进而判定能否实现该姿态机动指令；包括：依据给定的航天器姿态机动指令q_c＝[q_c1 q_c2 q_c3 q_c4]^T，假设q_c在集合Q中，反推H_f；通过计算四元数姿态矩阵B，计算H_f＝BH₀；所述接着执行判定，当计算出的航天器控制终端控制角动量H_f满足空间圆的方程时，则假设成立，表明航天器姿态机动指令q_c∈Q，欠驱动航天器可进行q_c的机动控制，然后再执行下一步骤；当H_f不满足空间圆的方程时，则判定航天器无法依据姿态机动指令进行相应的姿态控制，此时返回表示无法执行指令的信号；S6.确定航天器姿控系统的最优控制性能指标；S7.利用高斯伪谱法、通过迭代实现航天器姿态控制。