CN113485461A - 一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法和系统，该方法包括：获取当前分流电压和蓄电池组电量；对卫星能源供给情况进行评估，得到能源供给评估结果；判断是否满足设定切换条件；当满足设定切换条件时，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，对帆板进行在线自主偏置跟踪控制，实时调整帆板与太阳光线之间的夹角，完成在轨帆板自适应调整。本发明既保证了能源供给又避免了充放电分流，为在轨载荷提供了优质的磁环境，解决了当前在轨测试任务的巨大现实困难。

Description

一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法和系统

技术领域

本发明属于卫星在轨测试技术领域，尤其涉及一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法和系统。

背景技术

卫星在轨测试时发现，太阳能电池方阵充电电流分流时引起的电磁场变化会对星上部分载荷测量产生的重大影响，严重降低了载荷在轨工作性能。如何避免方阵充电电流分流又能保证能源充分供给，即如何实时保证整星能源的收支平衡成为影响在轨载荷工作状况的制约条件。

而传统的帆板控制策略是以获取最大能源的帆板对日跟踪或偏置跟踪模式为主要实现方式，不考虑分流因素。而对于当前在轨测试任务，帆板控制对于整星能源安全和在轨载荷工作都具有至关重要的作用，既需要帆板太阳电池阵实时跟踪太阳，以保证能源充足供给；也需要避免过多的能源供给导致的分流过程造成磁环境污染。显然，传统的以获取最大能源的帆板对日跟踪模式或固定偏置角的偏置跟踪模式的帆板控制策略均不适用当前在轨测试任务。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法和系统，既保证了能源供给又避免了充放电分流，为在轨载荷提供了优质的磁环境，解决了当前在轨测试任务的巨大现实困难。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，包括：

获取当前分流电压和蓄电池组电量；

根据当前分流电压和蓄电池组电量，对卫星能源供给情况进行评估，得到能源供给评估结果；

根据能源供给评估结果，判断是否满足设定切换条件；

当满足设定切换条件时，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，对帆板进行在线自主偏置跟踪控制，实时调整帆板与太阳光线之间的夹角，完成在轨帆板自适应调整。

在上述基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法中，根据当前分流电压和蓄电池组电量，对卫星能源供给情况进行评估，得到能源供给评估结果，包括：

将当前分流电压与分流电压阈值进行比较，若当前分流电压＞分流电压阈值，且持续一定时间，则确定能源供给评估结果为：整星能源收支不平衡，且收大于支；

将当前蓄电池组电量与蓄电池组电量阈值进行比较，若当前蓄电池组电量＜蓄电池组电量阈值，则确定能源供给评估结果为：整星能源收支不平衡，且收小于支；

否则，确定能源供给评估结果为：整星能源收支平衡。

在上述基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法中，还包括：

根据地面仿真结果和南北纬65°外载荷不工作时的光照时间，确定分流电压阈值；

根据地面仿真结果和电源系统的能源状况，确定蓄电池组电量阈值。

在上述基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法中，当满足设定切换条件时，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，对帆板进行在线自主偏置跟踪控制，实时调整帆板与太阳光线之间的夹角，完成在轨帆板自适应调整，包括：

当整星能源收支不平衡，且收大于支时，确定满足设定切换条件，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式；控制帆板驱动装置，驱动帆板运动，使帆板与太阳之间的夹角增大，以减少帆板侧后续的能源供给，直至帆板与太阳之间的夹角增大至预设的最大边界值；

当整星能源收支不平衡，且收小于支时，确定满足设定切换条件，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式；控制帆板驱动装置，驱动帆板运动，使帆板与太阳之间的夹角减小，以增大帆板侧后续的能源供给，直至帆板与太阳之间的夹角减小至预设的最小边界值。

在上述基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法中，在判断是否满足设定切换条件的步骤之后，还包括：

当整星能源收支平衡时，确定不满足设定切换条件，继续执行基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。

在上述基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法中，预设的最小边界值和预设的最大边界值的确定步骤如下：

根据卫星的整星能源需求和帆板上的电池阵的能源补给能力，确定帆板在线自主偏置跟踪控制的基础偏移角θ₀和调整范围θ₁；

确定预设的最小边界值为：θ₀-θ₁；

确定预设的最大边界值为：θ₀+θ₁。

在上述基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法中，在切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式之后，还包括：

判断是否接收到整星能源报警信息；

若接收到整星能源报警信息，则退出基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，切换至基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。

在上述基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法中，在切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式之后，还包括：

判断是否接收到帆板驱动机构故障信息；

若接收到帆板驱动机构故障信息，则退出基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，切换至基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。

在上述基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法中，在切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式之后，还包括：

判断是否接收到整星系统异常告警信息；

若接收到星系统异常告警信息，则退出基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，切换至基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。

相应的，本发明还公开了一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整系统，包括：

电源分系统，用于获取当前分流电压和蓄电池组电量；根据当前分流电压和蓄电池组电量，对卫星能源供给情况进行评估，得到能源供给评估结果；

星务分系统，用于将能源供给评估结果发送给控制分系统；

控制分系统，用于根据能源供给评估结果，判断是否满足设定切换条件；当满足设定切换条件时，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，对帆板进行在线自主偏置跟踪控制，实时调整帆板与太阳光线之间的夹角，完成在轨帆板自适应调整。

本发明具有以下优点：

本发明公开了一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方案，使得控制分系统具备根据整星能源要求，实时进行帆板偏置角度控制的能力。本发明所述的方案在分系统、整星及在轨条件下均完成了验证，实现了对能源的实时收支平衡，既保证了能源供给又避免了充放电分流，为在轨载荷提供了优质的磁环境，解决了型号任务的巨大现实困难。

附图说明

图1是本发明实施例中一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例中一种根据在轨能源状态自主进行帆板实时动态调整的示意图；

图3是本发明实施例中一种正常跟踪转偏置时的帆板控制模式示意图；

图4是本发明实施例中一种帆板驱动机构故障时自主进行帆板实时动态调整的示意图；

图5是本发明实施例中一种帆板驱动机构故障时的帆板控制模式示意图；

图6是本发明实施例中一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

本发明公开了一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，该方法基于整星多个分系统(电源分系统、星务分系统和控制分系统)实现，以实时动态调整帆板为目标，旨在保证能源供给的同时避免方阵发生充放电分流，为在轨载荷提供洁净的磁环境。如图1，该基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，包括：

步骤101，获取当前分流电压和蓄电池组电量。

在本实施例中，可以从电源分系统遥测数据中直接获取得到当前分流电压和蓄电池组电量。

步骤102，根据当前分流电压和蓄电池组电量，对卫星能源供给情况进行评估，得到能源供给评估结果。

在本实施例中，可以将当前分流电压与分流电压阈值进行比较，若当前分流电压＞分流电压阈值，且持续一定时间(如440s)，则确定能源供给评估结果为：整星能源收支不平衡，且收大于支。将当前蓄电池组电量与蓄电池组电量阈值进行比较，若当前蓄电池组电量＜蓄电池组电量阈值，则确定能源供给评估结果为：整星能源收支不平衡，且收小于支。若既不满足“当前分流电压＞分流电压阈值”，又不满足“当前蓄电池组电量＜蓄电池组电量阈值”，则可以确定能源供给评估结果为：整星能源收支平衡。

优选的，可以根据地面仿真结果和南北纬65°外载荷不工作时的光照时间，确定分流电压阈值，如，分流电压阈值可以为3V。根据地面仿真结果和电源系统的能源状况，确定蓄电池组电量阈值，如，蓄电池组电量阈值可以为65.6Ah。

步骤103，根据能源供给评估结果，判断是否满足设定切换条件。

在本实施例中，整星能源收支不平衡，且收大于支，以及整星能源收支不平衡，且收小于支，均认为是满足设定切换条件，继续执行步骤104。整星能源收支平衡，则认为是不满足设定切换条件，执行步骤105。

步骤104，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，对帆板进行在线自主偏置跟踪控制，实时调整帆板与太阳光线之间的夹角，完成在轨帆板自适应调整。

在本实施例中，当整星能源收支不平衡，且收大于支时，确定满足设定切换条件，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式；控制帆板驱动装置，驱动帆板运动，使帆板与太阳之间的夹角增大(单次调节角度值θ_T)，以减少帆板侧后续的能源供给，直至帆板与太阳之间的夹角增大至预设的最大边界值。

在本实施例中，当整星能源收支不平衡，且收小于支时，确定满足设定切换条件，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式；控制帆板驱动装置，驱动帆板运动，使帆板与太阳之间的夹角减小(单次调节角度值θ_T)，以增大帆板侧后续的能源供给，直至帆板与太阳之间的夹角减小至预设的最小边界值。

优选的，预设的最小边界值和预设的最大边界值可以通过如下方式确定：根据卫星的整星能源需求和帆板上的电池阵的能源补给能力，确定帆板在线自主偏置跟踪控制的基础偏移角θ₀和调整范围θ₁；确定预设的最小边界值为：θ₀-θ₁；确定预设的最大边界值为：θ₀+θ₁。换而言之，可以将θ₀-θ₁、θ₀+θ₁作为后续帆板自主跟踪控制范围，允许控制分系统在[θ₀-θ₁,θ₀+θ₁]范围内自主调整帆板电池阵与太阳之间的夹角。

进一步的，θ₁可以根据实际在轨情况确定；基础偏移角θ₀与帆板偏置转角Δα_F之间的关系如下：

Δα_F＝-α_F-α_FS-(θ₀+N×θ_T)

其中，α_F表示帆板实际转角，α_FS表示帆板理论转角，N表示调节次数，θ₀表示标称偏置角度，θ_T表示单次调节角度值。

例如，θ₀＝-56°，θ₁＝8°。

步骤105，继续执行基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。

在本发明的一优选实施例中，在步骤104切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式之后，该基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法还可以包括：判断是否接收到整星能源报警信息；若接收到整星能源报警信息，则退出基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，切换至基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式，以获取最大能源补给作为首要任务，并等待地面处置。

在本发明的一优选实施例中，在步骤104切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式之后，该基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法还可以包括：判断是否接收到帆板驱动机构故障信息；若接收到帆板驱动机构故障信息，则退出基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，切换至基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。

在本发明的一优选实施例中，在步骤104切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式之后，该基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法还可以包括：判断是否接收到整星系统异常告警信息；若接收到星系统异常告警信息，则退出基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，切换至基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。

由上可见，本发明实施例所述的基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，可以根据在轨实际分流电压和蓄电池组电量的情况，星上可自主判断，完成对帆板的角度调整。

下面结合一个具体的数据结果分析为例进行说明。

(1)启动和停止响应星务加减偏置角度指令

a)初始状态为帆板对日正常跟踪模式。模拟步骤101和步骤102，对卫星能源供给情况进行实时评估，如图2所示的“1”位置处。

b)帆板偏置状态建立。地面注入帆板基础偏移角θ₀数据块。模拟步骤103和步骤104，判断出整星能源收支不平衡，切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，如图2所示的“1”位置处和图3所示的“(1)”位置处(控制模式转为偏置跟踪控制模型)。

c)30000s时，接收星务指令，使偏置角度增加4°(理论角度-60°，实际-59°～-58°)。模拟步骤104，根据整星能源，在帆板偏置跟踪控制的基础偏移角-56°基础上，在线实时计算确定帆板偏置角度需要自主调整范围，通过星务分系统将偏置角度发送给控制分系统，控制分系统驱动帆板运动，使帆板与太阳之间的夹角增大4°，以减少帆板侧后续的能源供给。如图2所示的“3”位置处。

d)60000s时，接收星务指令，使偏置角度再增加4°(理论角度-64°，实际-63°～-62°)。模拟步骤104，根据在线实时计算确定帆板偏置角度自主调整范围，星务分系统将偏置角度增加4°发送给控制分系统，控制分系统驱动帆板运动，使帆板与太阳之间的夹角再次增大4°，直至帆板与太阳之间的夹角增大至预设的最大边界值。如图2所示的“4”位置处。

e)90000s时，接收星务指令，使偏置角度再减少8°，恢复初始标称偏置角度(理论角度-56°，实际-55°～-54°)。模拟步骤104，根据在线实时计算确定帆板偏置角度自主调整范围，星务分系统将偏置角度减小8°发送给控制分系统，控制分系统驱动帆板运动，使帆板与太阳之间的夹角减小8°，恢复至初始标称偏置角度。如图2所示的“5”位置处。

f)退出帆板偏置：240000秒时，地面注入帆板偏置角度数据块(理论偏置角度0°，实际小于2°)。控制分系统接收到整星能源报警信息，退出基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，切换至基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。如图2所示的“6”位置处和图3所示的“(2)”位置处(控制模式转为基于模拟太阳的帆板对日跟踪控制模式)。

基于图2和图3可见，本发明联合使用了整星电源分系统、星务分系统和控制分系统的信息，实现了实时动态调整帆板转角，保证了整星能源实时收支平衡，建立了一种切实可行、具有较强通用性的帆板控制逻辑策略。

(2)偏置跟踪时零位异常

a)初始状态为帆板对日正常跟踪模式。模拟步骤101和步骤102，对卫星能源供给情况进行实时评估。如图4所示的“1”位置处。

b)帆板偏置状态建立。地面注入设置帆板偏置角度-57°数据块。模拟步骤103和步骤104，判断出整星能源收支不平衡，切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，帆板偏置角度-57°(验证了该参数可调整)。如图4所示的“2”位置处和图5所示的“(1)”位置处(控制模式转为偏置跟踪控制帆板)。

c)设置帆板零位故障：7000秒起，帆板零位信号持续异常。控制分系统自主诊断出帆板驱动机构故障，自主退出基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，切换至基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。如图4所示的“3”位置处和图5所示的“(2)”位置处(控制模式转为基于模拟太阳的帆板对日跟踪控制模式)。

结果：7001秒取消帆板偏置，进入正常对日跟踪。可见，对卫星出现异常情况，导致会危及整星能源安全的故障进行了模拟，控制分系统会实时调整帆板控制方式，完成在轨帆板自适应调整，以保证能源充足供给，验证了本专利帆板控制逻辑策略的合理性和可靠性。

在上述实施例的基础上，本发明还公开了一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整系统，如图6，该系统包括：电源分系统601，用于获取当前分流电压和蓄电池组电量；根据当前分流电压和蓄电池组电量，对卫星能源供给情况进行评估，得到能源供给评估结果。星务分系统602，用于将能源供给评估结果发送给控制分系统。控制分系统603，用于根据能源供给评估结果，判断是否满足设定切换条件；当满足设定切换条件时，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，对帆板进行在线自主偏置跟踪控制，实时调整帆板与太阳光线之间的夹角，完成在轨帆板自适应调整。

对于系统实施例而言，由于其与方法实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。

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。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，其特征在于，包括：

获取当前分流电压和蓄电池组电量；

根据当前分流电压和蓄电池组电量，对卫星能源供给情况进行评估，得到能源供给评估结果；

根据能源供给评估结果，判断是否满足设定切换条件；

当满足设定切换条件时，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，对帆板进行在线自主偏置跟踪控制，实时调整帆板与太阳光线之间的夹角，完成在轨帆板自适应调整。

2.根据权利要求1所述的基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，其特征在于，根据当前分流电压和蓄电池组电量，对卫星能源供给情况进行评估，得到能源供给评估结果，包括：

将当前分流电压与分流电压阈值进行比较，若当前分流电压＞分流电压阈值，且持续一定时间，则确定能源供给评估结果为：整星能源收支不平衡，且收大于支；

将当前蓄电池组电量与蓄电池组电量阈值进行比较，若当前蓄电池组电量＜蓄电池组电量阈值，则确定能源供给评估结果为：整星能源收支不平衡，且收小于支；

否则，确定能源供给评估结果为：整星能源收支平衡。

3.根据权利要求2所述的基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，其特征在于，分流电压阈值和蓄电池组电量阈值的确定方法如下：

根据地面仿真结果和南北纬65°外载荷不工作时的光照时间，确定分流电压阈值；

根据地面仿真结果和电源系统的能源状况，确定蓄电池组电量阈值。

4.根据权利要求2所述的基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，其特征在于，当满足设定切换条件时，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，对帆板进行在线自主偏置跟踪控制，实时调整帆板与太阳光线之间的夹角，完成在轨帆板自适应调整，包括：

当整星能源收支不平衡，且收大于支时，确定满足设定切换条件，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式；控制帆板驱动装置，驱动帆板运动，使帆板与太阳之间的夹角增大，以减少帆板侧后续的能源供给，直至帆板与太阳之间的夹角增大至预设的最大边界值；

当整星能源收支不平衡，且收小于支时，确定满足设定切换条件，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式；控制帆板驱动装置，驱动帆板运动，使帆板与太阳之间的夹角减小，以增大帆板侧后续的能源供给，直至帆板与太阳之间的夹角减小至预设的最小边界值。

5.根据权利要求2所述的基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，其特征在于，在判断是否满足设定切换条件的步骤之后，还包括：

当整星能源收支平衡时，确定不满足设定切换条件，继续执行基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。

6.根据权利要求4所述的基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，其特征在于，预设的最小边界值和预设的最大边界值的确定步骤如下：

根据卫星的整星能源需求和帆板上的电池阵的能源补给能力，确定帆板在线自主偏置跟踪控制的基础偏移角θ₀和调整范围θ₁；

确定预设的最小边界值为：θ₀-θ₁；

确定预设的最大边界值为：θ₀+θ₁。

7.根据权利要求1所述的基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，其特征在于，在切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式之后，还包括：

判断是否接收到整星能源报警信息；

若接收到整星能源报警信息，则退出基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，切换至基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。

8.根据权利要求1所述的基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，其特征在于，在切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式之后，还包括：

判断是否接收到帆板驱动机构故障信息；

若接收到帆板驱动机构故障信息，则退出基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，切换至基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。

9.根据权利要求1所述的基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整方法，其特征在于，在切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式之后，还包括：

判断是否接收到整星系统异常告警信息；

若接收到星系统异常告警信息，则退出基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，切换至基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式。

10.一种基于多分系统协作的在轨帆板自适应调整系统，其特征在于，包括：

电源分系统，用于获取当前分流电压和蓄电池组电量；根据当前分流电压和蓄电池组电量，对卫星能源供给情况进行评估，得到能源供给评估结果；

星务分系统，用于将能源供给评估结果发送给控制分系统；

控制分系统，用于根据能源供给评估结果，判断是否满足设定切换条件；当满足设定切换条件时，从基于模拟太阳敏感器的帆板对日跟踪控制模式切换至基于帆板转角的偏置跟踪控制模式，对帆板进行在线自主偏置跟踪控制，实时调整帆板与太阳光线之间的夹角，完成在轨帆板自适应调整。

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