[发明专利]一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法

说明书

本发明涉及一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法，属于卫星姿态机动控制技术领域。该方法主要是针对卫星姿态控制时所采用的动量轮，提高卫星动量轮组的角动量输出，理论上能够达到动量轮组角动量的最大包络面。本发明采用动量轮力矩动态分配和角动量反馈跟踪方法，从而提高动量轮组角动量输出能力。相比动量轮系通常采用的伪逆分配方法，采用本发明的方法可有效扩大动量轮系的角动量包络，大幅提高轮控卫星姿态机动能力。

技术领域

本发明涉及一种具有最大角动量包络的卫星动量轮驱动力矩分配方法，属于卫星姿态机动控制技术领域。

背景技术

当前在轨卫星通常采用动量轮组合进行高稳定度姿态控制，通过非共轴安装的动量轮组输出三轴姿控力矩实现卫星的姿态稳定和姿态机动。然而，目前控制力矩由三维空间到轮系空间多采用伪逆方式进行力矩分配，尽管该方法具有能量最优的特性，但也导致某一动量轮力矩输出较大，角动量积累过快，从而限制了整个动量轮组合的输出能力，无法达到轮系的最大角动量包络面。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有力矩分配技术的不足，提出一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法，通过动量轮的电压动态分配技术，大幅提升轮系的输出能力，理论上能够达到轮系的最大角动量包络面。

本发明的技术解决方案是：一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法，该方法包括如下步骤：

(1.1)、根据动量轮的偏置角动量和安装矩阵，计算动量轮组的最大包络面；

(1.2)、根据控制力矩输出需求T_c，确定控制力矩方向上的最大角动量包络面；

(1.3)、由控制力矩与控制力矩方向上的最大角动量包络面的交点，确定动量轮组在控制力矩方向上的最大角动量H_max；

(1.4)、计算动量轮组在控制力矩方向上的最大角动量H_max所对应各动量轮的极限角动量H_lmt＝[H₁,H₂,..,H_n]^T，n为动量轮组的动量轮个数；

(1.5)、求解在控制力矩方向上动量轮组可输出的最大力矩||T||；

(1.6)、取比例系数根据比例系数求解各动量轮控制力矩方向上分配的驱动力矩T_wi：

式中，H_max0是动量轮标称最大角动量。

所述步骤(1.4)中，动量轮组在控制力矩方向上的最大角动量H_max所对应各动量轮的极限角动量H_lmt＝[H₁,H₂,..,H_n]^T的计算公式为：

式中：

式中，v_ij为除动量轮i和动量轮j外，其余n-2个动量轮饱和时在动量轮i和动量轮j构成的最大包络面上的合成角动量的方向矢量：

其中，w_k∈R³为动量轮k在整星质心坐标系下的安装方向；n_ij为动量轮i和动量轮j构成的最大包络面法向量，为含有偏置角动量的动量轮可以的输出的角动量，即

其中，H_0i为动量轮的偏置角动量。