CN111332501A - 一种卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：姿态基准有效性设置；步骤二：姿态基准确定准则的选择；步骤三：姿态基准的确定和控制姿态赋值；步骤四：模式控制算法、控制参数的选择及赋值；步骤五：控制输出计算。本发明使姿态测量单机的故障隔离能力更强，姿态基准切换自主性更方便，控制模式维持性更好。
Description
技术领域
本发明属于卫星姿态确定、姿态控制技术领域，尤其涉及一种卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法。
背景技术
多控制模态是当前卫星控制系统的新常态。多控制模态通常意味着多姿态基准和多控制算法，它要求卫星姿轨控分系统具备在多姿态基准和多控制算法自主切换的能力。多控制模态卫星控制系统常规设计方法，其姿态确定和姿态控制往往和控制模式直接绑定，多控制模态导致软件姿态控制主架构复杂度高，且不易按照姿态确定和姿态控制进行软件功能层分割和协同开发。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法，使姿态测量单机的故障隔离能力更强，姿态基准切换自主性更方便，控制模式维持性更好。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：预设卫星姿态控制系统使用的姿态基准包括星敏感器+陀螺姿态基准、太阳敏感器+陀螺姿态基准和单陀螺姿态基准三种姿态基准，对于星敏感器+陀螺姿态基准，星敏感器有效且陀螺有效，则设置星敏感器+陀螺姿态基准有效，否则星敏感器+陀螺姿态基准无效；对于太阳敏感器+陀螺姿态基准，太阳敏感器有效且陀螺有效，则设置太阳敏感器+陀螺姿态基准有效，否则太阳敏感器+陀螺姿态基准无效；对于单陀螺姿态基准，陀螺有效，则单陀螺姿态基准有效，否则单陀螺姿态基准无效；步骤二：卫星姿态控制系统有对地球指向模式和对日指向模式两个在轨控制模式，为卫星姿态控制系统设计了姿态基准确定准则一和姿态基准确定准则二两套姿态基准的确定准则；如果当前控制模式为对地球指向模式时，卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则一为最终准则；如果当前控制模式为对日指向模式时，卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则二为最终准则；步骤三：如果卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则一为最终准则，且当前星敏感器有效且陀螺有效，则卫星姿态控制系统当前的姿态基准为星敏感器+陀螺姿态基准，则星敏感器+陀螺姿态基准输出的系统姿态信息作为当前控制模式的控制姿态；步骤四：预设卫星姿态控制系统共有3套控制算法，依次编排为控制算法1、控制算法2、控制算法3；预设对地球指向模式选择控制算法1；预设对日指向模式选择控制算法2；步骤五：如果当前控制模式为对地球指向模式时，将步骤三确定的当前控制模式的控制姿态代入步骤四确定的控制算法1中，进行控制输出计算。
上述卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法中，在步骤二中，姿态基准确定准则一为：若星敏感器+陀螺姿态基准有效，则卫星姿态控制系统选择星敏+陀螺基准；否则，选择单陀螺基准。
上述卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法中，在步骤二中，姿态基准确定准则二为：若太阳敏感器+陀螺姿态基准有效，则卫星姿态控制系统选择太阳敏感器+陀螺姿态基准；否则，选择单陀螺基准。
上述卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法中，步骤三还包括：如果卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则二为最终准则，且当前太阳敏感器有效且陀螺有效，则卫星姿态控制系统当前的姿态基准为太阳敏感器+陀螺姿态基准，则太阳敏感器+陀螺姿态基准输出的系统姿态信息作为当前控制模式的控制姿态。
上述卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法中，步骤五还包括：如果当前控制模式为对日指向模式时，将步骤三确定的当前控制模式的控制姿态代入步骤四确定的控制算法2中，进行控制输出计算。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明通过姿态确定设计的特征，使姿态测量单机的故障隔离能力更强，姿态基准切换自主性更方便，控制模式维持性更好；
(2)本发明通过模式控制的特征，使模式控制算法功能更内聚，算法切换更方便；
(3)基于本发明的卫星控制系统软件，软件主架构复杂度低，且系统设计和软件开发过程有利分工、协作，更有利控制系统专业发展。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法的流程图。如图1所示，该卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法包括如下步骤：
步骤一：姿态基准有效性设置。对于某一特定的姿态基准，其需要输出给控制算法的控制姿态，由与该基准相关联的各姿态测量单机直接提供，或融合处理后提供；通过对各关联姿态测量单机的数据有效性进行诊断(所有关联单机均数据有效，则置该基准有效；否则，置该基准无效)，可以得到该姿态基准的有效性；以此类推，完成对姿态控制系统所有可能用到的姿态基准的有效性进行设置；
具体的，首先，各具体单机的有效性，要有具体的姿轨控平台配备了具体的单机后，然后根据各单机自身的特性进行具体设计。
步骤二：姿态基准确定准则的选择。对于某一特定的控制模式，根据其模式任务需要，可以为姿态控制计算提供输入的姿态基准一般会有多种，且它们的选择使用具有优先级，这些含有优先级的多个姿态基准的有序组合定义为一套姿态基准确定准则；对所有控制模式的姿态基准确定准则进行归纳梳理，并进行序号编排，如：姿态基准确定准则一、姿态基准确定准则二、……；根据系统当前进入的控制模式，选择一套当前控制模式要使用的姿态基准确定准则；
步骤三：姿态基准的确定和控制姿态赋值。根据当前控制模式选择使用的姿态基准确定准则(步骤二输出)，按优先级依次对该准则中的姿态基准有效性(步骤一输出)进行判断，确定当前控制模式最终使用的姿态基准，该姿态基准的姿态信息作为当前控制模式的控制姿态；
步骤四：模式控制算法、控制参数的选择及赋值。对所有控制模式的控制算法和相应控制参数归纳梳理后进行序号编排；根据系统当前进入的控制模式，配置控制算法选择标志字和控制参数序号选择标志；
步骤五：控制输出计算。根据当前控制模式的控制算法选择标志字(步骤四输出)启动相应的控制算法，根据控制参数序号选择标志(步骤四输出)对当前控制算法的控制参数进行赋值；将控制姿态(步骤三输出)以及赋值完成的控制参数代入控制算法，进行控制输出的计算。
具体的，该方法包括如下步骤：
步骤一：预设卫星姿态控制系统使用的姿态基准包括星敏感器+陀螺姿态基准、太阳敏感器+陀螺姿态基准和单陀螺姿态基准三种姿态基准，对于星敏感器+陀螺姿态基准，星敏感器有效且陀螺有效，则设置星敏感器+陀螺姿态基准有效，否则星敏感器+陀螺姿态基准无效；对于太阳敏感器+陀螺姿态基准，太阳敏感器有效且陀螺有效，则设置太阳敏感器+陀螺姿态基准有效，否则太阳敏感器+陀螺姿态基准无效；对于单陀螺姿态基准，陀螺有效，则单陀螺姿态基准有效，否则单陀螺姿态基准无效；
步骤二：卫星姿态控制系统有对地球指向模式和对日指向模式两个在轨控制模式，为卫星姿态控制系统设计了姿态基准确定准则一和姿态基准确定准则二两套姿态基准的确定准则；
如果当前控制模式为对地球指向模式时，卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则一为最终准则；如果当前控制模式为对日指向模式时，卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则二为最终准则；
步骤三：如果卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则一为最终准则，且当前星敏感器有效且陀螺有效，则卫星姿态控制系统当前的姿态基准为星敏感器+陀螺姿态基准，则星敏感器+陀螺姿态基准输出的系统姿态信息作为当前控制模式的控制姿态；
步骤四：预设卫星姿态控制系统共有3套控制算法，依次编排为控制算法1、控制算法2、控制算法3；预设对地球指向模式选择控制算法1；预设对日指向模式选择控制算法2；
步骤五：如果当前控制模式为对地球指向模式时，将步骤三确定的当前控制模式的控制姿态代入步骤四确定的控制算法1中，进行控制输出计算。
在步骤二中，姿态基准确定准则一为：若星敏感器+陀螺姿态基准有效，则卫星姿态控制系统选择星敏+陀螺基准；否则，选择单陀螺基准。姿态基准确定准则二为：若太阳敏感器+陀螺姿态基准有效，则卫星姿态控制系统选择太阳敏感器+陀螺姿态基准；否则，选择单陀螺基准。
步骤三还包括：如果卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则二为最终准则，且当前太阳敏感器有效且陀螺有效，则卫星姿态控制系统当前的姿态基准为太阳敏感器+陀螺姿态基准，则太阳敏感器+陀螺姿态基准输出的系统姿态信息作为当前控制模式的控制姿态。
步骤五还包括：如果当前控制模式为对日指向模式时，将步骤三确定的当前控制模式的控制姿态代入步骤四确定的控制算法2中，进行控制输出计算。
本发明通过姿态确定设计的特征，使姿态测量单机的故障隔离能力更强，姿态基准切换自主性更方便，控制模式维持性更好；本发明通过模式控制的特征，使模式控制算法功能更内聚，算法切换更方便；基于本发明的卫星控制系统软件，软件主架构复杂度低，且系统设计和软件开发过程有利分工、协作，更有利控制系统专业发展。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.一种卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：预设卫星姿态控制系统使用的姿态基准包括星敏感器+陀螺姿态基准、太阳敏感器+陀螺姿态基准和单陀螺姿态基准三种姿态基准，对于星敏感器+陀螺姿态基准，星敏感器有效且陀螺有效，则设置星敏感器+陀螺姿态基准有效，否则星敏感器+陀螺姿态基准无效；对于太阳敏感器+陀螺姿态基准，太阳敏感器有效且陀螺有效，则设置太阳敏感器+陀螺姿态基准有效，否则太阳敏感器+陀螺姿态基准无效；对于单陀螺姿态基准，陀螺有效，则单陀螺姿态基准有效，否则单陀螺姿态基准无效；
步骤二：卫星姿态控制系统有对地球指向模式和对日指向模式两个在轨控制模式，为卫星姿态控制系统设计了姿态基准确定准则一和姿态基准确定准则二两套姿态基准的确定准则；
如果当前控制模式为对地球指向模式时，卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则一为最终准则；如果当前控制模式为对日指向模式时，卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则二为最终准则；
步骤三：如果卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则一为最终准则，且当前星敏感器有效且陀螺有效，则卫星姿态控制系统当前的姿态基准为星敏感器+陀螺姿态基准，则星敏感器+陀螺姿态基准输出的系统姿态信息作为当前控制模式的控制姿态；
步骤四：预设卫星姿态控制系统共有3套控制算法，依次编排为控制算法1、控制算法2、控制算法3；预设对地球指向模式选择控制算法1；预设对日指向模式选择控制算法2；
步骤五：如果当前控制模式为对地球指向模式时，将步骤三确定的当前控制模式的控制姿态代入步骤四确定的控制算法1中，进行控制输出计算。
2.根据权利要求1所述的卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法，其特征在于：在步骤二中，姿态基准确定准则一为：若星敏感器+陀螺姿态基准有效，则卫星姿态控制系统选择星敏+陀螺基准；否则，选择单陀螺基准。
3.根据权利要求2所述的卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法，其特征在于：在步骤二中，姿态基准确定准则二为：若太阳敏感器+陀螺姿态基准有效，则卫星姿态控制系统选择太阳敏感器+陀螺姿态基准；否则，选择单陀螺基准。
4.根据权利要求1所述的卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法，其特征在于：步骤三还包括：如果卫星姿态控制系统选择姿态基准确定准则二为最终准则，且当前太阳敏感器有效且陀螺有效，则卫星姿态控制系统当前的姿态基准为太阳敏感器+陀螺姿态基准，则太阳敏感器+陀螺姿态基准输出的系统姿态信息作为当前控制模式的控制姿态。
5.根据权利要求1所述的卫星姿态控制系统的多控制多基准的设计方法，其特征在于：步骤五还包括：如果当前控制模式为对日指向模式时，将步骤三确定的当前控制模式的控制姿态代入步骤四确定的控制算法2中，进行控制输出计算。
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