CN103010486A - 一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法 - Google Patents

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Abstract

一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法，步骤为：1、根据卫星上推力器的安装位置，填写卫星三轴各自的推力器工作表；2、根据卫星三轴控制器的输出，通过伪速率调制的方法确定卫星三轴各自的喷气量；3、判断推力器的安装位置对于卫星三轴是否存在耦合，若不存在耦合，则进入步骤(4)；否则进入步骤(5)；4、根据三轴的推力器工作表，将确定的三轴各自的喷气量直接分配给该轴对应的推力器；5、根据卫星三轴的推力器工作表，将确定的三轴各自喷气量通过推力器解耦的方法分配给该轴对应的多个推力器。本发明方法在保证推力器正确输出的前提下，大大简化了卫星多分支多路推力器喷气脉冲的组合计算与分配。

Description

一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法
技术领域
本发明涉及一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法，属于卫星姿态控制部件中推力器的应用领域。
背景技术
推力器是卫星姿态机动和轨道机动所必需的执行机构，分为多种。根据推力不同，分为1N、10N、490N以及更大推力的推力器；根据喷气原理不同，分为单组元和双组元。
星上为正常进行控制，一般情况安装6个推力器分别负责卫星三轴的姿态控制，同时兼顾轨控的推力输出。软件对推力器的分配和计算简单。随着卫星可靠性的提升以及控制精度的提高，目前星上一般需要安装14个10N推力器组件，为姿态和轨道控制提供力矩和推力。推力器采用斜装的布局，分为A和B两个分支(即主份和备份)，每个分支7个推力器，两个分支相应序号的推力器互为备份，滚动控制时推力器的使用与其它两轴相互独立，俯仰或偏航方向的控制力矩需要由一对推力器同时喷气产生，位置保持需要的推力也需要一对推力器同时喷气产生。另外在远地点点火时的燃料沉底也需要特定的推力器组合。除此之外，A和B两分支内部以及分支之间，还可以根据故障情况，进行相互重组和替换。因此，当前推力器组合分配逻辑可谓异常复杂。依靠原有根据三轴控制器输出以及各个推力器分支进行判断的方法实现起来，一方面分支情况过多，判断过于困难，需要上百次的判断，会耗费大量机时；另一方面逻辑实现代码量大，占用过多存储空间，这对于空间资源紧张的星上计算机而言，也是不允许的。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法，实现了星上控制器计算到推力器输出分配的逻辑，取消了所有推力器分支组合输出的判断条件，大大简化了推力器组合逻辑的处理流程，最大程度满足卫星对推力器组合逻辑的功能要求。
本发明的技术解决方案：
一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法，步骤如下：
(1)根据卫星上推力器的安装位置，确定卫星三轴各自的推力器之间是否存在耦合，若一个轴的推力器不存在耦合，则建立该轴对应的推力器工作表；若该轴推力器与另外一轴之间存在耦合，则根据该两个轴推力器的耦合关系，建立对应的推力器耦合工作表；所述卫星三轴包括滚动轴、俯仰轴和偏航轴；
(2)根据卫星三轴控制器的输出，通过伪速率调制的方法确定卫星三轴各自的喷气量；
(3)判断推力器的安装位置对于卫星三轴是否存在耦合，若不存在耦合，则进入步骤(4)；否则进入步骤(5)；
当推力器产生的推力和力矩仅作用于卫星三轴中的一轴时，该推力器不存在耦合，反之该推力器存在耦合；
(4)根据步骤(1)中的推力器工作表，将步骤(2)中确定的三轴各自的喷气量直接分配给该轴对应的推力器；
(5)根据步骤(1)中的推力器耦合工作表，将步骤(2)中确定的三轴各自喷气量通过推力器解耦的方法分配给该轴对应的多个推力器。
所述步骤(1)中推力器工作表为：
Figure BSA00000824667700021
所述推力器的工作方式分为沉底方式、南北位保方式、东西位保方式和正常方式；沉底方式分为主份沉底和备份沉底两种方式，南北位保方式分为向南位保和向北位保两种方式，东西位保方式分为向东位保和向西位保；上周期的喷气状态分为无喷气、正喷气和负喷气，正喷气是指推力器对于卫星的一轴产生正向的推力或力矩，负喷气是指推力器对于卫星的一轴产生负向的推力或力矩；分支及对应推力器选择分为A分支、B分支和双分支，A分支为星上主份推力器工作的状态，B分支为星上备份推力器工作的状态，双分支为主份推力器和备份推力器同时工作的状态。
所述步骤(1)中推力器耦合工作表为：
Figure BSA00000824667700032
Figure BSA00000824667700041
所述步骤(5)中对三轴各自喷气量通过推力器解耦的方法分配给该轴对应的多个推力器具体通过如下步骤进行：
(4.1)根据所述推力器工作表，提取沉底方式、南北位保方式、东西位保方式和正常方式各自的推力器组合逻辑表；
Figure BSA00000824667700042
所述轴1和轴2是指耦合推力器同时作用的两个轴，轴1所在列中为轴1上周期对应的喷气状态，轴2所在列中为轴2上周期对应的喷气状态，分支及对应推力器选择分为A分支、B分支和双分支，A分支为星上主份推力器工作的状态，B分支为星上备份推力器工作的状态，双分支为主份推力器和备份推力器同时工作的状态；
(4.2)根据步骤(4.1)中的推力器组合逻辑表，对每个耦合的推力器建立卡诺图进行解耦，得到每个耦合的推力器的喷气量。
所述对每个耦合的推力器建立卡诺图进行解耦具体为：
(5.1)从待解耦的推力器中任选其一；
(5.2)从步骤(5.1)中选择的推力器所对应的推力器组合逻辑表中，提取所有所述选择的推力器对应轴的喷气状态；
(5.3)以轴1的状态为行，以轴2的状态为列建立卡诺图；
(5.4)对卡诺图进行化简，从而实现对推力器的解耦，得到该推力器的喷气量。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明采用真值表加卡诺图化简的方式，对多分支、多路推力器的各种输出关系进行计算，根据三轴控制器的输出，可以直接得到对应推力器的喷气量输出值，免去了依据条件对每个推力器分支进行单独的判断和计算，大大简化了逻辑判断和处理流程，节省了推力器分配计算的时间和空间，便于推力器输出的测试和验证，提高了推力器输出逻辑的可靠性；
(2)现有技术主要针对原有卫星型号中推力器较少、采用正装形式的情况，推力器处理逻辑相对简单；本发明采用全新的设计思路，针对当前逐步采用的多分支多路推力器，提供了简化而全面可靠的分配组合逻辑处理，易于在各个卫星型号中采用。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为本发明对推力器建立卡诺图的示意图。
具体实施方式
下面结合当前卫星推力器安装的方式，对本发明的具体实施步骤作进一步的描述。
目前卫星一般安装A/B两个分支推力器(主份和备份)，每个分支包含多个推力器组件(喷管)，为姿态和轨道控制提供力矩和推力，推力器除产生三轴的姿态控制力矩进行姿态控制外，还负责进行推进剂沉底、南北位置保持和东西位置保持。
除此之外，A和B两分支的推力器之间，还可以根据故障情况，进行相互重组和替换，当选用的分支的某一推力器有故障，选择的推力器不能工作时，可选用另一个分支的相同序号的推力器代替，进一步增强推力器的冗余。
本发明提供的一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法，如图1所示，步骤如下：
前4步按照技术解决方案的前4步进行；
(5)根据步骤(1)中的卫星三轴的推力器工作表，将步骤(2)中确定的三轴各自喷气量通过推力器解耦的方法分配给该轴对应的多个推力器。
对三轴各自喷气量通过推力器解耦的方法分配给该轴对应的多个推力器具体通过如下步骤进行：
(5.1)根据所述推力器工作表，针对工作表中任一对应的推力器工作方式(沉底方式、南北位保方式、东西位保方式和正常方式)，从待解耦的推力器中任选其一，如针对俯仰轴和偏航轴推力器正常方式下的3A进行解耦操作；
(5.2)从步骤(5.1)中选择的推力器3A所对应的推力器工作表中，提取所有与3A相关的对应轴的喷气状态，如下表所示：
Y轴喷气状态 Z轴喷气状态 对应喷管
无喷气 负喷气 3a&4a
负喷气 无喷气 3a&5a
负喷气 负喷气 3a
(5.3)以Y轴的喷气状态为行，以Z轴的喷气状态为列建立卡诺图，喷气状态包含正喷气、负喷气和无喷气，以Y轴为例，pY表示Y轴正喷气，mY表示Y轴负喷气，则Y轴状态pYmY可以分为四种状态：00(无喷气)、01(负喷气)、11(无效状态)、10(正喷气)，同理Z轴也作上述状态划分。以此建立卡诺图如图2所示。
(5.4)对卡诺图进行化简，从而实现对推力器的解耦，得到该推力器的喷气量为(mY |mZ)&(～(pY |pZ))。
同理，其他推力器喷气量的计算按上述步骤进行。
应用了本发明方法后，针对多分支多路双组元推力器的输出组合分配逻辑满足任务的指标要求，有效地保障了卫星控制器计算到推力器执行输出的可靠性。本发明可推广应用于各种高轨道卫星。

Claims (5)

1.一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法，其特征在于步骤如下：
(1)根据卫星上推力器的安装位置，确定卫星三轴各自的推力器之间是否存在耦合，若一个轴的推力器不存在耦合，则建立该轴对应的推力器工作表；若该轴推力器与另外一轴之间存在耦合，则根据该两个轴推力器的耦合关系，建立对应的推力器耦合工作表；所述卫星三轴包括滚动轴、俯仰轴和偏航轴；
(2)根据卫星三轴控制器的输出，通过伪速率调制的方法确定卫星三轴各自的喷气量；
(3)判断推力器的安装位置对于卫星三轴是否存在耦合，若不存在耦合，则进入步骤(4)；否则进入步骤(5)；
当推力器产生的推力和力矩仅作用于卫星三轴中的一轴时，该推力器不存在耦合，反之该推力器存在耦合；
(4)根据步骤(1)中的推力器工作表，将步骤(2)中确定的三轴各自的喷气量直接分配给该轴对应的推力器；
(5)根据步骤(1)中的推力器耦合工作表，将步骤(2)中确定的三轴各自喷气量通过推力器解耦的方法分配给该轴对应的多个推力器。
2.根据权利要求1所述的一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法，其特征在于：所述步骤(1)中推力器工作表为：
Figure FSA00000824667600011
Figure FSA00000824667600021
所述推力器的工作方式分为沉底方式、南北位保方式、东西位保方式和正常方式；沉底方式分为主份沉底和备份沉底两种方式，南北位保方式分为向南位保和向北位保两种方式，东西位保方式分为向东位保和向西位保；上周期的喷气状态分为无喷气、正喷气和负喷气，正喷气是指推力器对于卫星的一轴产生正向的推力或力矩，负喷气是指推力器对于卫星的一轴产生负向的推力或力矩；分支及对应推力器选择分为A分支、B分支和双分支，A分支为星上主份推力器工作的状态，B分支为星上备份推力器工作的状态，双分支为主份推力器和备份推力器同时工作的状态。
3.根据权利要求1所述的一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法，其特征在于：所述步骤(1)中推力器耦合工作表为：
Figure FSA00000824667600022
Figure FSA00000824667600031
4.根据权利要求1所述的一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法，其特征在于：所述步骤(5)中对三轴各自喷气量通过推力器解耦的方法分配给该轴对应的多个推力器具体通过如下步骤进行：
(4.1)根据所述推力器工作表，提取沉底方式、南北位保方式、东西位保方式和正常方式各自的推力器组合逻辑表；
所述轴1和轴2是指耦合推力器同时作用的两个轴，轴1所在列中为轴1上周期对应的喷气状态，轴2所在列中为轴2上周期对应的喷气状态，分支及对应推力器选择分为A分支、B分支和双分支，A分支为星上主份推力器工作的状态，B分支为星上备份推力器工作的状态，双分支为主份推力器和备份推力器同时工作的状态；
(4.2)根据步骤(4.1)中的推力器组合逻辑表，对每个耦合的推力器建立卡诺图进行解耦，得到每个耦合的推力器的喷气量。
5.根据权利要求4所述的一种多分支、多路推力器交叉组合喷气分配方法，其特征在于：所述对每个耦合的推力器建立卡诺图进行解耦具体为：
(5.1)从待解耦的推力器中任选其一；
(5.2)从步骤(5.1)中选择的推力器所对应的推力器组合逻辑表中，提取所有所述选择的推力器对应轴的喷气状态；
(5.3)以轴1的状态为行，以轴2的状态为列建立卡诺图；
(5.4)对卡诺图进行化简，从而实现对推力器的解耦，得到该推力器的喷气量。
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