[发明专利]一种考虑故障情况的反作用轮配置优化方法及系统

说明书

一种考虑故障情况的反作用轮配置优化方法及系统，根据任意n‑1个反作用轮所分配到的控制角动量二范数最小，确定出n‑1个反作用轮的安装矩阵及夹角；遍历计算出第n个反作用轮与第一步n‑1个反作用轮中发生一重故障后所围成的角动量包络体积；依据反作用轮的可靠性，计算出反作用轮的概率设计权重；引入概率设计权重，建立考虑故障情况的反作用轮配置优化模型；在限制约束范围内，利用优化方法，确定出第n个反作用轮的安装矢量及夹角。本发明所提出的考虑故障情况下的反作用轮配置优化方法，设计步骤清晰，物理意义明确，易于工程实现，且能有效提高反作用轮的控制能力，提升航天器控制系统运行的自主能力。

技术领域

本发明涉及一种考虑故障情况的反作用轮配置优化方法及系统，属于航天控制技术领域。

背景技术

反作用轮是航天器控制系统中常用的一种执行机构。航天器上配置的反作用轮在整个工作寿命阶段难免会有故障发生，而在故障情况下，反作用轮的控制能力问题是航天器能否正常工作的一个重要因素。因此，从这个角度出发，对反作用轮从故障情况下进行配置优化具有重要的工程意义。事实上，对反作用轮从故障情况下进行配置优化，一方面可以有效的提高航天器的自主运行能力，在故障的时候仍然能够保证航天器的正常运行；另一方面，也可以有效的增加控制系统的可靠性，控制系统可以选择多种反作用轮工作模式进行控制。

目前，工程上针对反作用轮的配置设计主要依赖工程经验，缺少实用性的理论方法，且很少考虑故障情况下的配置。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，对故障情况下的反作用轮控制能力考虑相对欠缺，缺少系统性的配置方法，难以有效的提高反作用轮故障情况下控制能力的问题，提出了一种考虑故障情况的反作用轮配置优化方法及系统。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种考虑故障情况的反作用轮配置优化方法，包括步骤如下：

1)从n个反作用轮中，任意选取1个反作用轮作为待定反作用轮，确定其余n-1个反作用轮的安装矩阵和安装角度；

2)获得步骤1)所述n-1个反作用轮中任意第i个反作用轮故障，其余n-2个反作用轮及待定反作用轮均正常工作的所有组合；

3)遍历所有组合计算获得正常工作反作用轮所围成的角动量包络体积V_ni；

4)遍历所有组合计算获得正常工作反作用轮的概率设计权重P_ni；

5)根据步骤3)所述角动量包络体积V_ni和步骤4)所述概率设计权重P_ni，建立考虑故障情况的反作用轮配置优化模型；

6)根据步骤5)所建立的反作用轮配置优化模型，确定待定反作用轮的安装矢量夹角(α_n,β_n)，从而获得n个反作用轮的安装位置和安装角度。

可选地，步骤1)所述n-1个反作用轮的安装矩阵和安装角度使得所述n-1个反作用轮的控制角动量二范数最小。

可选地，步骤3)所述角动量包络体积V_ni根据安装矢量A进行确定：

A＝[sin(β)cos(α),cos(α),sin(β)sin(α)]