CN110712768B - 一种控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，该方法包含以下步骤：S1、构建控制力矩陀螺群总角动量的约束方程；S2、构建奇异测度的指标函数；S3、结合步骤S1和S2的数据进行非线性叠代搜索，并将所述非线性迭代搜索的结果转化到0‑2π，作为初始框架角组合δ₀；S4、将步骤S3所得的初始框架角组合δ₀作为初始值继续代入到步骤S3中，计算出新的初始框架角组合δ₀，并不断进行步骤S3和步骤S4的循环，直至前后两次所得的初始框架角组合δ₀之间差值小于或等于0.001°时，输出当前的初始框架角组合δ₀。其优点是：根据控制力矩陀螺群角动量约束方程和奇异测度指标函数，通过多次叠代搜索出控制力矩陀螺群初始框架的位置，具有简单可靠，运算量小，工程易于实现的优点。

Description

一种控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法

技术领域

本发明涉及控制力矩陀螺群领域，具体涉及一种控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法。

背景技术

随着卫星的功能不断丰富，卫星的质量也在不断增加。卫星在进行大角度快速机动的时候，不仅仅需要执行机构提供足够大且足够连续的控制力矩，同时也需要有足够大的角动量空间，使得卫星能够以较大的角速度实现快速机动。控制力矩陀螺群的力矩能够满足卫星进行大角度快速机动的要求，控制力矩陀螺群初始框架角位置决定着卫星在指定方向的机动角速度，同时控制陀螺群的奇异测度关系着控制力矩陀螺群是否能够输出指定的力矩。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，根据控制力矩陀螺群角动量约束方程和奇异测度指标函数，通过多次叠代搜索出控制力矩陀螺群初始框架的位置，该方法能够确定满足控制力矩陀螺群角动量为零，且奇异测度最大的控制力矩陀螺群初始框架位置，使得卫星在各个方向机动都有最大的角动量空间，且避免出现奇异的状况，输出的控制力矩稳定，具有简单可靠，运算量小，工程易于实现的优点。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，该方法包含以下步骤：

S1、构建控制力矩陀螺群总角动量的约束方程；

S2、构建奇异测度的指标函数；

S3、结合步骤S1和S2的数据进行非线性叠代搜索，并将所述非线性迭代搜索的结果转化到0-2π，作为初始框架角组合δ₀；

S4、将步骤S3所得的初始框架角组合δ₀作为初始值继续代入到步骤S3中，计算出新的初始框架角组合δ₀，并不断进行步骤S3和步骤S4的循环，直至前后两次所得的初始框架角组合δ₀之间的差值小于或等于0.001°时，输出当前的初始框架角组合δ₀。

优选地，所述步骤S1中，所述控制力矩陀螺群总角动量的约束方程为：

其中，n为控制力矩陀螺个数，h_i为第i个控制力矩陀螺角动量。

优选地，所述步骤S2具体为：

S2.1、计算奇异测度D：

其中，n为控制力矩陀螺个数，t_i、t_j为第i个或第j个控制力矩陀螺控制力矩方向的单位矢量；

S2.2、构建奇异测度D的指标函数J：

J＝min(-D) (3)。

优选地，所述步骤S3具体为：

S3.1、结合步骤S2和步骤S3的数据进行非线性叠代搜索，得到框架角组合δ；

S3.2、将所述框架角组合转化到0-2π，作为初始框架角组合δ₀。

优选地，所述步骤S3.1具体为：

利用fmincon函数进行非线性叠代搜索，得到框架角组合δ，

其中，第一次非线性叠代搜索时的初始框架角组合δ₀可任意选取，幅值在0-2π之间。

优选地，所述步骤S3.2具体为：

用框架角组合δ除以2π，取其余数作为下一次非线性叠代搜索的初始框架角组合δ₀，表示为：

δ₀＝mod(δ,2π) (5)。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明的一种控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，根据控制力矩陀螺群角动量约束方程和奇异测度指标函数，通过多次叠代搜索出控制力矩陀螺群初始框架的位置，具有简单可靠，运算量小，工程易于实现的优点；

(2)本发明的一种控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，设计了一种角动量约束条件与奇异测度指标函数相结合的最优化模型，使得控制力矩陀螺群在初始时刻的总角动量为零，同时奇异度量最大，保证系统能够在任意方向上姿态控制与姿态稳定的能力。

附图说明

图1为本发明的一种控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，为本发明的一种控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法示意图，该方法包含以下步骤：

S1、构建控制力矩陀螺群总角动量的约束方程。

所述控制力矩陀螺群总角动量的约束方程为：

其中，n为控制力矩陀螺个数，h_i为第i个控制力矩陀螺角动量。

S2、构建奇异测度的指标函数。

所述步骤S2具体为：

S2.1、计算奇异测度D：

其中，n为控制力矩陀螺个数，t_i、t_j为第i个或第j个控制力矩陀螺控制力矩方向的单位矢量。

S2.2、构建奇异测度D的指标函数J：

J＝min(-D) (3)。

S3、结合步骤S1和S2的数据进行非线性叠代搜索，并将所述非线性迭代搜索的结果转化到0-2π，作为初始框架角组合δ₀。

所述步骤S3具体为：

S3.1、结合步骤S2和步骤S3的数据进行非线性叠代搜索，得到框架角组合δ。

所述步骤S3.1具体为：利用fmincon函数进行非线性叠代搜索，得到框架角组合δ，

其中，第一次非线性叠代搜索时的初始框架角组合δ₀可任意选取，幅值在0-2π之间。

S3.2、将所述框架角组合δ转化到0-2π，作为下一次非线性叠代搜索的初始框架角组合δ₀。

所述步骤S3.2具体为：

用框架角组合δ除以2π，取其余数作为下一次非线性叠代搜索的初始框架角组合δ₀，表示为：

δ₀＝mod(δ,2π) (5)。

S4、将步骤S3所得的初始框架角组合δ₀作为初始值继续代入到步骤S3中，计算出新的初始框架角组合δ₀，并不断进行步骤S3和步骤S4的循环，直至前后两次所得的初始框架角组合δ₀之间的差值小于或等于0.001°时，输出当前的初始框架角组合δ₀。

综上所述，本发明的控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，根据控制力矩陀螺群角动量约束方程和奇异测度指标函数，设计了一种角动量约束条件与奇异测度指标函数相结合的最优化模型，通过多次叠代搜索出控制力矩陀螺群初始框架的位置，使得控制力矩陀螺群在初始时刻的总角动量为零，同时奇异度量最大，保证系统能够在任意方向上姿态控制与姿态稳定的能力，具有简单可靠，运算量小，工程易于实现的优点。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

S1、构建控制力矩陀螺群总角动量的约束方程；

S2、构建奇异测度的指标函数；

S3、结合步骤S1和S2的数据进行非线性叠代搜索，用框架角组合δ除以2π，取其余数作为初始框架角组合δ₀；

S4、将步骤S3所得的初始框架角组合δ₀作为初始值继续代入到步骤S3中，计算出新的初始框架角组合δ₀，并不断进行步骤S3和步骤S4的循环，直至前后两次所得的初始框架角组合δ₀之间的差值小于或等于0.001°时，输出当前的初始框架角组合δ₀。

2.如权利要求1所述的控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述控制力矩陀螺群总角动量的约束方程为：

其中，n为控制力矩陀螺个数，h_i为第i个控制力矩陀螺角动量。

3.如权利要求2所述的控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

S2.1、计算奇异测度D：

其中，n为控制力矩陀螺个数，t_i、t_j为第i个或第j个控制力矩陀螺控制力矩方向的单位矢量；

S2.2、构建奇异测度D的指标函数J：

J＝min(-D) (3)。

4.如权利要求3所述的控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

S3.1、结合步骤S2和步骤S3的数据进行非线性叠代搜索，得到框架角组合δ；

S3.2、将所述框架角组合转化到0-2π，作为初始框架角组合δ₀。

5.如权利要求4所述的控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，其特征在于，所述步骤S3.1具体为：

利用fmincon函数进行非线性叠代搜索，得到框架角组合δ，

其中，第一次非线性叠代搜索时的初始框架角组合δ₀可任意选取，幅值在0-2π之间。

6.如权利要求4或5所述的控制力矩陀螺群初始框架位置确定方法，其特征在于，所述步骤S3.2具体为：

用框架角组合δ除以2π，取其余数作为下一次非线性叠代搜索的初始框架角组合δ₀，表示为：

δ₀＝mod(δ,2π) (5)。

Images