[发明专利]斜飞大惯量耦合卫星的常值干扰力矩补偿方法和系统

说明书

本发明公开一种斜飞大惯量耦合卫星的常值干扰力矩补偿方法，该补偿方法包含：在稳态下对卫星姿态动力学方程进行简化；根据X、Z轴之间的动力学耦合关系，得到X、Z轴陀螺力矩；根据X、Z轴陀螺力矩与常值干扰力矩之间的关系，得到X、Z轴的偏置角动量；根据获得的偏置角动量进行磁力矩器卸载，实现角动量偏置。本发明采用了角动量偏置产生陀螺力矩补偿的方法，通过磁卸载很容易实现角动量偏置，通过补偿常值干扰力矩有利于控制系统的角动量管理，在磁力矩器一定的条件下可避免卫星角动量出现饱和，解决了角动量交换姿态控制系统中，因常值干扰力矩引起的角动量易饱和的问题，取得了角动量偏置应用于卫星姿态控制磁卸载的有益效果。

技术领域

本发明涉及卫星姿态控制技术领域，具体涉及一种斜飞大惯量耦合卫星的常值干扰力矩补偿方法和系统。

背景技术

卫星在受到外干扰力矩的作用下，X、Z轴由于存在周期外干扰力矩，因此将使飞轮的角动量慢慢积累，最终达到饱和，而Y通道，由于受到常值干扰力矩，角动量单边积累也将达到饱和，为了不使飞轮工作在饱和状态，必须利用外力矩将多余的角动量吸收掉，同时还能满足系统控制精度和稳定度的指标要求。高精度卫星控制系统一般采用磁力矩器产生的磁矩与地磁场作用产生外力矩，作用于卫星实现卸载。

对于斜飞大惯量耦合卫星，其X、Z轴不仅存在周期外干扰力矩，还存在大惯量耦合引起的重力梯度干扰力矩和轨道陀螺力矩等常值干扰力矩。因此会需要较大的卸载力矩，甚至会出现角动量饱和的情况，不利于角动量交换姿态控制系统的正常工作。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明提供一种斜飞大惯量耦合卫星的常值干扰力矩补偿方法和系统，方法简单，控制灵活，可应用于卫星角动量交换姿态控制系统的磁卸载，在磁力矩器基本配置情况下，通过一种算法补偿常值干扰力矩，可有效提高磁卸载效率。

为实现上述目的，本发明提供一种斜飞大惯量耦合卫星的常值干扰力矩补偿方法，其特点是，该补偿方法包含：

在稳态下对卫星姿态动力学方程进行简化；

根据X、Z轴之间的动力学耦合关系，得到X、Z轴陀螺力矩；

根据X、Z轴陀螺力矩与常值干扰力矩之间的关系，得到X、Z轴的偏置角动量；

根据获得的偏置角动量进行磁力矩器卸载，实现角动量偏置。

上述卫星姿态动力学方程如式(1)：

卫星在稳定运行时，可简化卫星姿态动力学方程得到下式(2)：

卫星惯性角速度变化都趋于零时，ω_y近似为-ω₀，动力学方程可进一步简化为式(3)：

式(1)、(2)、(3)中，I_x，I_y，I_z，I_xy，I_yz，I_xz为转动惯量；ω_x，ω_y，ω_z为惯性角速度；h_x，h_y，h_z为角动量；T_dx，T_dy，T_dz为干扰力矩；ω₀为轨道角速度。

上述的X、Z轴陀螺力矩的获取方法包含：