[发明专利]一种冗余飞轮组的动态力矩分配与角动量跟踪控制方法

权利要求书

1.一种冗余飞轮组的动态力矩分配与角动量跟踪控制方法，其特征在于:包括如下步骤：

(1.1)根据冗余飞轮组的偏置角动量，计算飞轮组的角动量储备；

(1.2)确定飞轮极限角动量；

(1.3)确定各飞轮的极限角动量后，即可求得任意时刻t各飞轮角动量储备ΔH_i(t)及整个飞轮组的角动量储备：

(1.4)计算得到t时刻第i个飞轮的驱动电压U_i；

(1.5)对飞轮输出力矩按控制周期ΔT进行数值积分；

(1.6)计算得到角动量保持电压U_keepi：

(1.7)获得飞轮控制电压U_i`＝U_i+U_keepi，发给飞轮进行飞轮的力矩输出与飞轮的角动量跟踪控制；

所述步骤(1.1)的具体过程为：

设冗余飞轮组由n≥2个绕机动轴共轴安装的大力矩飞轮组成，飞轮i具有偏置角动量H_i，且H₁+H₂+…+H_n＝0；

所述步骤(1.2)的具体过程为：若飞轮在机动过程中允许转速过零，则飞轮的角动量极限能够到达正向或者负向的最大标称角动量H_max，则飞轮极限角动量按机动方向确定：

若飞轮转速不允许过零，则由飞轮的角动量偏置极性及姿态机动方向确定；

正向机动时，当飞轮偏置角动量也为正时，飞轮角动量应往负向输出，其极限角动量为0；反之，若飞轮偏置角动量为负时，则该飞轮极限角动量为负的最大角动量：

反向机动时，飞轮极限角动量为：

所述步骤(1.3)的具体过程为：确定各飞轮的极限角动量后，即可求得任意时刻t各飞轮角动量储备ΔH_i(t)及整个飞轮组的角动量储备：

∑_iΔH_i(t)＝∑_i(H_limi-H_i(t))

其中，H_limi表示动量轮i的极限角动量，∑_iΔH_i(t)表示动量轮组可输出角动量之和；

所述步骤(1.4)的具体过程为：

根据轨迹规划得到的星体姿态机动前馈补偿力矩T(t)，飞轮电压-力矩转换系数为C_UT，得到t时刻第i个飞轮的驱动电压U_i，即

所述步骤(1.5)的具体过程为：对飞轮输出力矩按控制周期ΔT进行数值积分

H′_i0＝H_i0+C_UTU_iΔT

其中，H′_i0为飞轮i在1个控制周期ΔT内力矩输出后的期望角动量；

H_i0为飞轮i在1个控制周期ΔT前的期望角动量；

所述步骤(1.6)的具体过程为：根据角动量H_i0，结合飞轮转速保持的PI控制算法，计算角动量保持电压U_keepi

U_keepi＝-k_p(H_i-H′_i0)-k_i∫(H_i-H′_i0)dt

其中k_p为比例控制系数，k_i为积分控制系数。