CN110466807A - 一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法 - Google Patents

一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，主要用于惯性定向卫星太阳帆板控制方法，属于航天器控制技术领域，小角度是指正负20°范围内。本发明的方法既能满足惯性定向时太阳矢量与太阳电池阵正法线方向夹角的指标要求，保证了卫星上能源的供给，又使得帆板在大部分时间都是位置保持控制方式，满足卫星惯性定向期间姿态稳定度的要求。

Description

一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法
技术领域
本发明涉及一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，主要用于惯性定向卫星太阳帆板控制方法，属于航天器控制技术领域，小角度是指正负20°范围内。
背景技术
惯性定向卫星多用于空间科学探测，利用星载科学载荷对用户感兴趣的天体目标进行扫描观测。卫星采用某一本体轴单轴旋转的姿态控制方式，通过逐行往复扫描的方式实现。
这种天区扫描工作方式卫星的帆板控制有以下特点：
(1)卫星采用某一本体轴进行天区扫描的姿态控制方式，传统的自主跟踪方法，会频繁的进行大角度捕获，影响扫描精度及稳定度；
(2)天区扫描工作模式时间长，天区扫描成像期间，扫描轴指向天区中心点姿态时的理论转角变化较大。
传统的帆板自主跟踪控制方法一般是正常对地模式用模拟太阳进行跟踪控制，在机动成像模式进行角度保持或轨道角速度跟踪控制，这种帆板自主跟踪控制的方法无法满足所述任务的需求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，设计了帆板在卫星惯性定向小角度旋转工作模式下的控制策略，包括理论转角计算方法、转动控制方式、转动控制和停转的切换逻辑。这种帆板控制方法的运用，解决了惯性定向卫星采用传统自主跟踪的控制方法频繁进行帆板大角度捕获的问题，既保证了卫星上能源的供给，又使得帆板在大部分时间都是位置保持控制方式，满足卫星惯性定向期间姿态稳定度的要求。
本发明的技术解决方案是：
一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，包括如下步骤：
(1)当卫星处于姿态机动工作模式时，在每个控制周期，使帆板处于当前位置保持控制方式，计算目标扫描天区中心点的卫星的目标姿态所对应的帆板的理论转角；
所述姿态机动工作模式是指卫星从当前扫描观测任务的姿态指向转换为目标扫描观测任务的姿态指向的过度状态；
所述帆板当前位置保持控制方式是指令帆板停止转动；
(2)当卫星处于扫描观测工作模式时，根据步骤(1)中最后一个控制周期得到的帆板的理论转角A和当前转角敏感器采集到的实际转角，计算帆板的转角差A，若转角差A大于M度，则使帆板处于角速度捕获控制方式直至转角差A不大于M度，当转角差A不大于M度时则使帆板处于当前位置保持控制方式，转入步骤(3)；
所述扫描观测工作模式是指卫星惯性定向同时绕某一本体轴小角度旋转的工作状态；
所述转角敏感器是测量帆板实际转角的测量敏感器；
所述帆板角速度捕获控制方式是指令帆板以固定角速度旋转到理论转角的位置；
M以帆板的控制精度而定，一般在1度及以下；
帆板的转角差A为理论转角A与实际转角的差值的绝对值；
(3)采用模拟太阳敏感器测量帆板的转角差，若转角差大于N度，则计算当前扫描天区中心点的卫星的目标姿态所对应的帆板的理论转角B，转入步骤(4)；若转角差不大于N度，则使帆板处于当前位置保持控制方式；
所述模拟太阳敏感器是安装在帆板上的测量太阳矢量和帆板法线夹角的测量敏感器。其中，N为扫描观测任务中太阳矢量与太阳电池阵正法线方向夹角的指标要求角度；
(4)根据步骤(3)得到的帆板的理论转角B和当前转角敏感器采集到的实际转角，计算帆板的转角差B，若转角差B大于M度，则使帆板处于角速度捕获控制方式直至转角差B不大于M度，当转角差B不大于M度时则使帆板处于当前位置保持控制方式；
帆板的转角差B为理论转角B与实际转角的差值的绝对值；
(5)重复步骤(3)，直至卫星处于下一个姿态机动工作模式时重复步骤(1)。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明针对传统的帆板自主跟踪控制方法在惯性定向卫星使用中频繁进行帆板大角度捕获的缺陷。本发明在获得目标扫描观测任务时计算扫描观测区域的帆板理论转角，同时使用转角敏感器采集到当前帆板的实际转角，进而计算出转角差，在扫描观测模式开始时，采用角速度控制的方式尽快消除帆板转角差的方式实现扫描观测模式帆板快速对日。
(2)本发明通过在惯性定向小角度扫描过程中使帆板停转的方式，消除了帆板转动对卫星本体姿态的干扰，满足卫星扫描观测期间姿态稳定度的要求。
(3)本发明通过在帆板停转的过程中用模拟太阳敏感器实时测量太阳矢量与太阳电池阵正法线方向夹角，当夹角大于指标要求时，重新进行帆板捕获的方式消除转角差，保证了卫星上能源的供给。
(4)一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，惯性定向是指卫星某一本体轴指向惯性空间某一区域，小角度旋转是指卫星采用某一本体轴单轴旋转的姿态控制方式。在本方法中主要设计了帆板在卫星惯性定向小角度旋转工作模式下的控制策略，包括理论转角计算方法、转动控制方式、转动控制和停转的切换逻辑。这种帆板控制方法的运用，解决了惯性定向卫星采用传统自主跟踪的控制方法频繁进行帆板大角度捕获的问题。本方法既能满足惯性定向时太阳矢量与太阳电池阵正法线方向夹角的指标要求，保证了卫星上能源的供给，又使得帆板在大部分时间都是位置保持控制方式，满足卫星惯性定向期间姿态稳定度的要求。
具体实施方式
本发明针对传统的帆板自主跟踪控制方法在惯性定向卫星使用中频繁进行帆板大角度捕获的缺陷，提供一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法。本发明在获得目标扫描观测任务时计算扫描观测区域的帆板理论转角，同时使用转角敏感器采集到当前帆板的实际转角，进而计算出转角差，在扫描观测模式开始时，采用角速度控制的方式尽快消除帆板转角差的方式实现扫描观测模式帆板快速对日。在惯性定向小角度扫描过程中使帆板停转的方式，消除了帆板转动对卫星本体姿态的干扰，满足卫星扫描观测期间姿态稳定度的要求。在帆板停转的过程中用模拟太阳敏感器实时测量太阳矢量与太阳电池阵正法线方向夹角，当夹角大于指标要求时，重新进行帆板捕获的方式消除转角差，保证了卫星上能源的供给。
下面对本发明方法进行详细解释和说明。
一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，包括步骤如下：
(1)当卫星处于姿态机动工作模式时，在每个控制周期，使帆板处于当前位置保持控制方式，计算目标扫描天区中心点的卫星的目标姿态所对应的帆板的理论转角；
所述姿态机动工作模式是指卫星从当前扫描观测任务的姿态指向转换为目标扫描观测任务的姿态指向的过度状态；
所述帆板当前位置保持控制方式是指令帆板停止转动；
(2)当卫星处于扫描观测工作模式时，根据步骤(1)中最后一个控制周期得到的帆板的理论转角A和当前转角敏感器采集到的实际转角，计算帆板的转角差A，若转角差A大于M度，则使帆板处于角速度捕获控制方式直至转角差A不大于M度，当转角差A不大于M度时则使帆板处于当前位置保持控制方式，转入步骤(3)；
所述扫描观测工作模式是指卫星惯性定向同时绕某一本体轴小角度旋转的工作状态；
所述转角敏感器是测量帆板实际转角的测量敏感器；
所述帆板角速度捕获控制方式是指令帆板以固定角速度旋转到理论转角的位置；
M以帆板的控制精度而定，一般在1度以下；
帆板的转角差A为理论转角A与实际转角的差值的绝对值；
(3)采用模拟太阳敏感器测量帆板的转角差，若转角差大于N度，则计算当前扫描天区中心点的卫星的目标姿态所对应的帆板的理论转角B，转入步骤(4)；若转角差不大于N度，则使帆板处于当前位置保持控制方式；
所述模拟太阳敏感器是安装在帆板上的测量太阳矢量和帆板法线夹角的测量敏感器。其中，N为扫描观测任务中太阳矢量与太阳电池阵正法线方向夹角的指标要求角度；
(4)根据步骤(3)得到的帆板的理论转角B和当前转角敏感器采集到的实际转角，计算帆板的转角差B，若转角差B大于M度，则使帆板处于角速度捕获控制方式直至转角差B不大于M度，当转角差B不大于M度时则使帆板处于当前位置保持控制方式；
帆板的转角差B为理论转角B与实际转角的差值的绝对值；
(5)重复步骤(3)，直至卫星处于下一个姿态机动工作模式时重复步骤(1)。
实施例
一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，包括如下步骤：
(1)当卫星处于姿态机动工作模式时，在每个控制周期，使帆板处于当前位置保持控制方式，计算目标扫描天区中心点的卫星的目标姿态所对应的帆板的理论转角；例如，控制周期为1秒，姿态机动工作模式总时间为3秒，则计算3次帆板的理论转角，假设第3个控制周期计算的理论转角为50度。
(2)当卫星处于扫描观测工作模式时，根据步骤(1)中最后一个控制周期得到的帆板的理论转角50度和当前转角敏感器采集到的实际转角，计算帆板的转角差A，若转角差A大于M度，则使帆板处于角速度捕获控制方式直至转角差A不大于M度，当转角差A不大于M度时则使帆板处于当前位置保持控制方式，转入步骤(3)；例如，取M为1度，当前转角敏感器采集到的实际转角为10度，则计算的转角差A为40度，40度大于1度，则使帆板处于角速度捕获控制方式直至转角差不大于1度，当转角差不大于1度时则使帆板处于当前位置保持控制方式，转入步骤(3)；
(3)采用模拟太阳敏感器测量帆板的转角差，若转角差大于N度，则计算当前扫描天区中心点的卫星的目标姿态所对应的帆板的理论转角B，转入步骤(4)；若转角差不大于N度，则使帆板处于当前位置保持控制方式；例如，取N为15度，当前模拟太阳敏感器测量帆板的转角差为20度，20度大于15度，则计算当前扫描天区中心点所对应的帆板的理论转角B，例如B为60度。
(4)根据步骤(3)得到的帆板的理论转角60度和当前转角敏感器采集到的实际转角，计算帆板的转角差B，若转角差B大于M度，则使帆板处于角速度捕获控制方式直至转角差B不大于M度，当转角差B不大于M度时则使帆板处于当前位置保持控制方式；例如，当前转角敏感器采集到的实际转角为50度，则计算帆板的转角差B为10度，大于1度，则使帆板处于角速度捕获控制方式直至转角差不大于1度，当转角差不大于1度时则使帆板处于当前位置保持控制方式。
(5)重复步骤(3)，直至卫星处于下一个姿态机动工作模式时重复步骤(1)。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)当卫星处于姿态机动工作模式时，在每个控制周期，使帆板处于当前位置保持控制方式，计算目标扫描天区中心点的卫星的目标姿态所对应的帆板的理论转角；
(2)当卫星处于扫描观测工作模式时，根据步骤(1)中最后一个控制周期得到的帆板的理论转角A和当前转角敏感器采集到的实际转角，计算帆板的转角差A，若转角差A大于M度，则使帆板处于角速度捕获控制方式直至转角差A不大于M度，当转角差A不大于M度时则使帆板处于当前位置保持控制方式，转入步骤(3)；
(3)采用模拟太阳敏感器测量帆板的转角差，若转角差大于N度，则计算当前扫描天区中心点的卫星的目标姿态所对应的帆板的理论转角B，转入步骤(4)；若转角差不大于N度，则使帆板处于当前位置保持控制方式；
(4)根据步骤(3)得到的帆板的理论转角B和当前转角敏感器采集到的实际转角，计算帆板的转角差B，若转角差B大于M度，则使帆板处于角速度捕获控制方式直至转角差B不大于M度，当转角差B不大于M度时则使帆板处于当前位置保持控制方式；
(5)重复步骤(3)，直至卫星处于下一个姿态机动工作模式时重复步骤(1)。
2.根据权利要求1所述的一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，姿态机动工作模式是指卫星从当前扫描观测任务的姿态指向转换为目标扫描观测任务的姿态指向的过度状态。
3.根据权利要求1所述的一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，帆板当前位置保持控制方式是指令帆板停止转动。
4.根据权利要求1所述的一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，扫描观测工作模式是指卫星惯性定向同时绕某一本体轴小角度旋转的工作状态。
5.根据权利要求1所述的一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，转角敏感器是测量帆板实际转角的测量敏感器。
6.根据权利要求1所述的一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，帆板角速度捕获控制方式是指令帆板以固定角速度旋转到理论转角的位置。
7.根据权利要求1所述的一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，M度以帆板的控制精度而定，在1度以下。
8.根据权利要求1所述的一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，帆板的转角差A为理论转角A与实际转角的差值的绝对值。
9.根据权利要求1所述的一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，模拟太阳敏感器是安装在帆板上的测量太阳矢量和帆板法线夹角的测量敏感器，其中，N为扫描观测任务中太阳矢量与太阳电池阵正法线方向夹角的指标要求角度。
10.根据权利要求1所述的一种惯性定向小角度旋转卫星的帆板控制方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，帆板的转角差B为理论转角B与实际转角的差值的绝对值。
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