[发明专利]一种用于对卫星的旋转体进行消旋控制的方法及相应消旋装置

说明书

本发明涉及一种用于对卫星的旋转体进行消旋控制的方法，其中所述卫星具有旋转体、平衡轮和反作用轮，所述平衡轮的转轴平行于所述旋转体的转轴，该方法包括：使平衡轮和反作用轮转动；在卫星的三轴姿态稳定后获得由反作用轮吸收的多余角动量；以及根据所述多余角动量调整平衡轮的转速，以便对旋转体进行消旋控制。本发明还涉及一种消旋装置。通过本发明，可以实现平衡轮和反作用轮的联合消旋控制，从而基本上消除由于星上旋转体惯量不确定性引起的残余角动量和力矩对卫星平台姿态的显著扰动，提高卫星姿控系统性能。

技术领域

本发明总的来说涉及航天器姿态控制领域，具体而言，涉及一种用于对卫星的旋转体进行消旋控制的方法。此外，本发明还涉及一种用于对卫星的旋转体的消旋装置。

背景技术

随着现代卫星技术的飞跃式发展，星载设备，尤其是侦察探测应用类设备，对卫星转动机构的需求越来越多，对卫星姿态精度要求越来越高。

星上旋转体在转动时产生旋转轴方向的角动量及反向干扰力矩，作用于卫星平台，干扰卫星姿态；通过在星体配置平衡轮进行消旋，根据设计的消旋控制策略，使平衡轮消旋过程中的残余力矩及消旋后的残余角动量尽可能降到最低水平，减小残余力矩、残余角动量对卫星平台的干扰。

传统消旋控制方法在不考虑实际旋转机构及平衡轮相对卫星的安装偏差的情况下，通过设计平衡轮-旋转体角速度控制律，实现消旋过程中残余力矩最小最优，以及消旋后残余角动量为零的目标。

然而，由于安装误差、测量误差、模型误差等因素的存在，总是存在残余力矩及残余角动量。残余角动量使星体在某方向产生偏置，降低了卫星横向的机动性能；同时额外的干扰力矩加剧了卫星姿态波动，姿控精度下降；反作用轮一方面控制卫星姿态，一方面吸收星体残余角动量，使得反作用轮中心转速偏离标称转速，可能导致星上角动量卸载模块长期频繁工作，姿控性能进一步下降。

对带大惯量旋转体且存在旋转体惯量不确定的卫星，传统的平衡轮消旋控制，反作用轮控制残余力矩和吸收角动量的方法，卫星平台精度下降、动态响应特性变差，为提高卫星控制性能，需要一种新的解决方法。

发明内容

从现有技术出发，本发明的任务是提供一种用于对卫星的旋转体进行消旋控制的方法以及相应消旋装置，通过所述方法或装置，可以实现平衡轮和反作用轮的联合消旋控制，从而基本上消除由于星上旋转体惯量不确定性引起的残余角动量和力矩对卫星平台姿态的显著扰动，提高卫星姿控系统性能。

在本发明的第一方面，该任务通过一种用于对卫星的旋转体进行消旋控制的方法来解决，其中所述卫星具有旋转体、平衡轮和反作用轮，所述平衡轮的转轴平行于所述旋转体的转轴，该方法包括：

使平衡轮和反作用轮转动；

在卫星的三轴姿态稳定后获得由反作用轮吸收的多余角动量；以及

根据所述多余角动量调整平衡轮的转速，以便对旋转体进行消旋控制。

在本发明的一个优选方案中规定，使平衡轮和反作用轮转动包括：

使平衡轮产生的角动量h_p满足下列公式：

|h_p|≥|H_w|

其中h_p＝J_p·ω′，J_p为平衡轮的转动惯量，ω′为平衡轮转动角速度；H为卫星旋转体转动产生的角动量，其中H＝I_w·ω，I_w为旋转体惯量，ω为旋转体的转动角速度；和/或

使反作用轮的角动量h_w满足下列公式：

h_w＝M·J_w·Ω