本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)控制方法，特別涉及一種8推力器實(shí)現(xiàn)完全冗余的衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制方法。

背景技術(shù)：

推力器作為衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的重要部件，一般多個(gè)共同配合，通過(guò)噴出工質(zhì)對(duì)衛(wèi)星的反作用力和力矩，完成衛(wèi)星入軌星箭分離后姿態(tài)阻尼、姿態(tài)控制、飛輪卸載、軌道保持、軌道機(jī)動(dòng)等功能。

目前在軌衛(wèi)星通常以單推力器完成一個(gè)軸的姿控，備份通常采用兩套完全一樣的推力器布局；無(wú)備份最簡(jiǎn)為6個(gè)，雙備份最簡(jiǎn)12個(gè)，考慮姿軌控獨(dú)立及地面布置等約束，常用16個(gè)以上推力器的布局設(shè)計(jì)方案。上述推力器布局設(shè)計(jì)方式控制算法簡(jiǎn)單，但要求推力器個(gè)數(shù)較多，推進(jìn)系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，系統(tǒng)重量大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種8推力器實(shí)現(xiàn)完全冗余的衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制方法，使在任意一組組推力器存在異常時(shí)，可切換至另一組推力器，僅通過(guò)4個(gè)推力器實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種8推力器實(shí)現(xiàn)完全冗余的衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制方法，其特點(diǎn)是，包含如下步驟：

S1，將8推力器分成A組推力器、B組推力器，所述的A組推力器包含第A1～A4共4個(gè)推力器；所述的B組推力器包含第B1～B4共4個(gè)推力器；

S2，根據(jù)噴氣控制算法，得到滾動(dòng)軸、俯仰軸和偏航軸所需標(biāo)稱的正負(fù)噴氣脈寬；

S3，針對(duì)A組推力器，將各軸正負(fù)噴氣脈寬對(duì)應(yīng)至各推力器所需脈寬，將每個(gè)推力器在各軸噴氣分量疊加，對(duì)A組推力器各個(gè)推力器脈寬最大值進(jìn)行等比例限幅；

S4，針對(duì)B組推力器，將各軸正負(fù)噴氣脈寬對(duì)應(yīng)至各推力器所需脈寬，將每個(gè)推力器在各軸噴氣分量疊加，對(duì)B組推力器各個(gè)推力器脈寬最大值進(jìn)行等比例限幅。

所述的步驟S1中：

當(dāng)A組推力器和B組推力器正常工作時(shí)，所述的第A1推力器用于滾動(dòng)軸正向推進(jìn)，所述的第B1推力器用于滾動(dòng)軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第A2推力器用于俯仰軸正向推進(jìn)，所述的第B2推力器用于俯仰軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第A3、B3推力器用于偏航軸正向推進(jìn)，所述的第A4、B4推力器用于偏航軸負(fù)向推進(jìn)。

所述的步驟S1中：

當(dāng)只有A組推力器工作時(shí)，所述的第A1推力器用于滾動(dòng)軸正向推進(jìn)，所述的第A2、A3、A4推力器用于滾動(dòng)軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第A2推力器用于俯仰軸正向推進(jìn)，所述的第A1、A3、A4推力器用于俯仰軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第A1、A2、A3推力器用于偏航軸正向推進(jìn)，所述的第A1、A2、A4推力器用于偏航軸負(fù)向推進(jìn)。

所述的步驟S1中：

當(dāng)只有B組推力器工作時(shí)，所述的第B2、B3、B4推力器用于滾動(dòng)軸正向推進(jìn)，所述的第B1推力器用于滾動(dòng)軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第B1、B3、B4推力器用于俯仰軸正向推進(jìn)，所述的第B2推力器用于俯仰軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第B1、B2、B3推力器用于偏航軸正向推進(jìn)，所述的第B1、B2、B4推力器用于偏航軸負(fù)向推進(jìn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明僅通過(guò)4個(gè)推力器實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星三個(gè)軸姿態(tài)控制，即僅通過(guò)8個(gè)推力器實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)的完全冗余控制。本發(fā)明給出了具體的各推力器噴氣寬度計(jì)算方法，并以矩陣形式清晰表達(dá)了各推力器輸出脈寬和標(biāo)稱脈寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系，工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種的推力器布局圖；

圖2為本發(fā)明一種的推力器布局圖

圖3為本發(fā)明斜開(kāi)關(guān)線控制算法圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

一種8推力器實(shí)現(xiàn)完全冗余的衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制方法，包含如下步驟：

S1，將8推力器分成A組推力器、B組推力器，所述的A組推力器包含第A1～A4共4個(gè)推力器；所述的B組推力器包含第B1～B4共4個(gè)推力器；(各個(gè)推力器的角度布局參見(jiàn)圖1-2)

S2，根據(jù)斜開(kāi)關(guān)線的噴氣控制算法，得到滾動(dòng)軸、俯仰軸和偏航軸所需標(biāo)稱的正負(fù)噴氣脈寬；

斜開(kāi)關(guān)控制算法數(shù)學(xué)描述如下：

其中T_on1～T_on3表示斜開(kāi)關(guān)線控制算法各分區(qū)對(duì)應(yīng)的噴氣脈寬指令；X₁～X₃表示各條開(kāi)關(guān)線的橫截距，Xpa～Xpc表示各開(kāi)關(guān)線的縱截距；Y₁表示星體角速度限幅值，ω表示星體角速度，sω表示星體姿態(tài)，τ表示開(kāi)關(guān)線斜率；

S3，針對(duì)A組推力器，將各軸正負(fù)噴氣脈寬對(duì)應(yīng)至各推力器所需脈寬，將每個(gè)推力器在各軸噴氣分量疊加，對(duì)A組推力器各個(gè)推力器脈寬最大值進(jìn)行等比例限幅；

S4，針對(duì)B組推力器，將各軸正負(fù)噴氣脈寬對(duì)應(yīng)至各推力器所需脈寬，將每個(gè)推力器在各軸噴氣分量疊加，對(duì)B組推力器各個(gè)推力器脈寬最大值進(jìn)行等比例限幅。

當(dāng)A組推力器和B組推力器正常工作時(shí)，所述的第A1推力器用于滾動(dòng)軸正向推進(jìn)，所述的第B1推力器用于滾動(dòng)軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第A2推力器用于俯仰軸正向推進(jìn)，所述的第B2推力器用于俯仰軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第A3、B3推力器用于偏航軸正向推進(jìn)，所述的第A4、B4推力器用于偏航軸負(fù)向推進(jìn)。

參見(jiàn)下表1，當(dāng)只有A組推力器工作時(shí)，所述的第A1推力器用于滾動(dòng)軸正向推進(jìn)，所述的第A2、A3、A4推力器用于滾動(dòng)軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第A2推力器用于俯仰軸正向推進(jìn)，所述的第A1、A3、A4推力器用于俯仰軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第A1、A2、A3推力器用于偏航軸正向推進(jìn)，所述的第A1、A2、A4推力器用于偏航軸負(fù)向推進(jìn)。

當(dāng)只有B組推力器工作時(shí)，所述的第B2、B3、B4推力器用于滾動(dòng)軸正向推進(jìn)，所述的第B1推力器用于滾動(dòng)軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第B1、B3、B4推力器用于俯仰軸正向推進(jìn)，所述的第B2推力器用于俯仰軸負(fù)向推進(jìn)，所述的第B1、B2、B3推力器用于偏航軸正向推進(jìn)，所述的第B1、B2、B4推力器用于偏航軸負(fù)向推進(jìn)。

表1姿軌控推力器功能表

(1)正常工作方式

送給各推力器的噴氣脈寬指令與斜開(kāi)關(guān)線算法(或速率阻尼算法)得出的三軸噴氣脈寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

t_A1＝t_onx+ t_B1＝t_onx-

t_A2＝t_ony+ t_B2＝t_ony-

t_A3＝t_onz+，t_B3＝t_onz+

t_A4＝t_onz- t_B4＝t_onz-

(2)單A組工作方式

其中t_onx+和t_onx-分別表示X軸正噴氣脈寬指令和負(fù)噴氣脈寬指令，t_ony+和t_ony-分別表示Y軸正噴氣脈寬指令和負(fù)噴氣脈寬指令，t_onz+和t_onz-分別表示X軸正噴氣脈寬指令和負(fù)噴氣脈寬指令；t_A1～t_A4分別表示A組各推力器指令噴氣脈寬，t_B1～t_B4分別表示B組各推力器指令噴氣脈寬；L_x對(duì)應(yīng)A2、B2推力器力臂，L_y對(duì)應(yīng)A1、B1推力器力臂，L_r對(duì)應(yīng)A3、B3、A4、B4等推力器力臂。

對(duì)輸出進(jìn)行按比例限幅和最小脈寬：

其中max()表示對(duì)輸入數(shù)據(jù)求取最大值。

(3)單B組工作方式

對(duì)輸出進(jìn)行按比例限幅和最小脈寬：

其中max()表示對(duì)輸入數(shù)據(jù)求取最大值。

綜上所述，本發(fā)明一種8推力器實(shí)現(xiàn)完全冗余的衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制方法，使在任意一組組推力器存在異常時(shí)，可切換至另一組推力器，僅通過(guò)4個(gè)推力器實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。