[发明专利]一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法。本发明将多个智能飞轮通过无线组网构成分布式姿态控制系统，并根据系统特点提出一种分布式控制方法，该策略包括故障自检、确定工作智能飞轮组合、接收敏感器系统广播姿态信息、时延状态同步以及独立解算控制输出等步骤，从而实现航天器姿态控制系统的分布式协同计算，有利于航天器平台模块化组装，对航天器的快速组装测试以及星载部件即插即用具有重大意义。

技术领域

本发明涉及航天器姿态控制技术领域，更具体地，涉及一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法。

背景技术

近年来，随着航天技术不断发展，航天器设计与制造越来越趋向于质量和体积的小型化，对于使用传统接口和电缆进行各分系统与部件之间信息传输的微纳卫星来说，接口和电缆的重量可占整星重量的8％至10％；同时，由于卫星测试采用串行测试方式，当某个新部件被接入卫星系统并需要进行功能测试时，需要对其进行断电处理，这将影响到其他设备的测试工作，不利于微纳卫星的快速组装和生产。因此，采用星载部件无缆化设计，可以大幅度降低卫星整星重量，缩短研制周期，减小发射和研制成本。例如，荷兰Delft大学研发Delfi-C3卫星，最早实现了星内无线通信技术，搭载的太阳敏感器通过无线广播的方式与其他部件进行通讯。

姿态控制系统是整个航天器分系统组成中最为重要的分系统之一，航天器在轨任务能否正常实施很大程度上取决于航天器的姿态控制精度，传统姿态控制方法是由敏感器发送航天器姿态信息到星载计算机，由星载计算机集中解算出控制指令发送给各执行机构。而采用分布式智能飞轮的航天器姿态控制系统则具备自行解算控制指令的能力，只需要接收无线网络传输的航天器姿态信息及任务指令即可独立解算控制输出。而采用无线网络传输姿态信息，不可避免的会出现网络时延等问题会对控制精度造成影响；并且各智能飞轮互相独立，如何协调完成任务指令也是需要考虑的关键性问题。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法，通过搭建分布式智能飞轮姿态控制系统，对控制流程进行详尽描述，给出了分布式智能飞轮实现航天器姿态控制的具体过程，提出了一种减轻无线网络对控制系统影响的方案，对航天器星载部件即插即用以及未来航天器大规模制造、快速测试与发射有很大意义。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于分布式智能飞轮的航天器姿态控制方法，该姿态控制方法针对于安装分布式智能飞轮的航天器姿态控制，且姿态控制解算由各智能飞轮系统独立完成；各智能飞轮在每个控制周期通过无线网络接收一条带有时间戳的航天器姿态和姿态角速度信息，记录接收时刻并存入存储器，并对该姿态信息进行网络传输时延状态同步估计；各智能飞轮进行分布式解耦控制，完成航天器姿态控制任务。

其中，假设最多只有一组智能飞轮出现故障，具体包括以下步骤：

(1)单个姿态控制周期开始，各智能飞轮故障自检，以及确定工作智能飞轮组合；

(2)航天器时延状态同步估计，智能飞轮处理器模块根据接收的姿态信息以及前N周期的历史估计值确定本周期内同步时刻的姿态信息估计值；

(3)X，Y，Z轴以及斜装轴智能飞轮控制器子系统独立解算解耦控制输出，驱动飞轮输出控制力矩，本控制周期结束。

进一步的，步骤(1)包括以下步骤：

(11)单个姿态控制周期开始，各智能飞轮启动故障自检；

(12)判断是否各智能飞轮系统均无故障，具体过程为：各智能飞轮处理器模块周期性采集各智能飞轮的运行数据，诊断数据状态，根据故障数据库和专家系统判断数据是否异常，若周期内某智能飞轮连续诊断出错误状态，则判断该智能飞轮发生故障，假如无故障，进入步骤(13)，假如有故障，进入步骤(14)；