專利名稱：一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航天器變軌期間自主故障檢測自主恢復(fù)控制的方法，在 經(jīng)系統(tǒng)故障檢測后，自主設(shè)置變軌流程，無需地面支持，即可繼續(xù)軌控。
技術(shù)背景衛(wèi)星軌控期間的星上自主故障檢測是指衛(wèi)星在不受地面干預(yù)的情況下， 能夠通過星上設(shè)置好的故障檢測手段較及時地進(jìn)行故障判別，繼而采取相應(yīng) 的故障對策。而星上自主恢復(fù)控制是指在某種情況下，控制中斷后星上能夠 自行恢復(fù)控制。目前國內(nèi)靜止軌道衛(wèi)星的變軌控制多采用地面控制的方式，在變軌過程 中若出現(xiàn)姿態(tài)持續(xù)振蕩，貯箱壓力變化異常等情況后，由地面進(jìn)行故障診斷， 然后采取措施關(guān)掉軌控發(fā)動機(jī)，終止軌道控制。中低軌道衛(wèi)星具有一定的自 主軌控的能力。但在軌控過程中出現(xiàn)姿態(tài)異常等現(xiàn)象，仍然自主退出軌控階 段，從而終止軌控。軌控終止后，待地面排除故障后，再擇機(jī)進(jìn)行軌控。這 種控制策略，使軌控的實(shí)際實(shí)施時間與要求的軌控時刻偏差較大，對軌控實(shí) 施時機(jī)要求不嚴(yán)的衛(wèi)星軌控比較適用，但對于有唯一軌控窗口要求的衛(wèi)星(如月球探測衛(wèi)星)卻不再適用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種在自主軌控 期間，星上自主進(jìn)行故障判別，并能自主恢復(fù)軌控的控制方法，可提高關(guān)鍵 性變軌的可靠性，保證軌道控制及時、準(zhǔn)確地實(shí)施。而且能夠更好地保證軌 控唯一窗口 (不允許終止軌控后再擇機(jī)重新進(jìn)行軌控)的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案 一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方法， 其特征在于包括(1)自主故障檢測首先，在自主變軌方法的恒星捕獲階段和恒星定向階段，設(shè)定衛(wèi)星姿態(tài)超限以及噴氣量為故障判斷條件；在自主變軌方法的慣 性調(diào)姿階段，設(shè)定衛(wèi)星慣性調(diào)姿時間為故障判斷條件；在自主變軌方法的軌 控定向階段，選取姿態(tài)超限為故障判斷條件；然后，在變軌過程中引入故障 判斷條件，在恒星捕獲階段和恒星定向階段，對衛(wèi)星姿態(tài)以及噴氣量進(jìn)行檢 測，判斷衛(wèi)星是否姿態(tài)超限或是噴氣量過多；在慣性調(diào)姿階段，對衛(wèi)星進(jìn)行 慣性調(diào)姿的時間進(jìn)行檢測，判斷調(diào)姿的時間是否超過預(yù)計的調(diào)姿時間；在軌 控定向階段，對衛(wèi)星的姿態(tài)進(jìn)行檢測，判斷衛(wèi)星點(diǎn)火姿態(tài)是否超過限定的范 圍；如果在任一階段檢測到出故障，便設(shè)置軌控故障標(biāo)志，轉(zhuǎn)入自主恢復(fù)控 制階段，如果在整個故障檢測過程中，均未出現(xiàn)滿足故障判斷條件的情況時， 軌控發(fā)動機(jī)正常關(guān)機(jī)，軌控過程結(jié)束。(2)自主恢復(fù)控制當(dāng)衛(wèi)星自主檢測出故障，進(jìn)入恢復(fù)控制時，星上自 主控制衛(wèi)星進(jìn)入速率阻尼階段，在速率阻尼階段下，根據(jù)星敏感器的工作狀 態(tài)設(shè)置衛(wèi)星姿態(tài)估計的初始值，同時利用陀螺與星敏感器組合定姿方法修正 衛(wèi)星估計姿態(tài)；待衛(wèi)星的姿態(tài)角速度阻尼成功后，自主轉(zhuǎn)入恒星捕獲階段， 在恒星捕獲階段，重新設(shè)置軌控流程，即設(shè)定后續(xù)變軌過程中各階段的開始 時間，根據(jù)重新設(shè)定的時間，衛(wèi)星自主轉(zhuǎn)入相應(yīng)的工作階段，恢復(fù)軌控。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1) 本發(fā)明在變軌過程中引入適當(dāng)?shù)墓收蠙z測原則，可自主終止軌控， 并經(jīng)一個過渡階段后，自主設(shè)置軌控流程，恢復(fù)軌控，保證軌道控制及時、 準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。(2) 本發(fā)明通過軌控的自主恢復(fù)技術(shù)，保證了變軌控制的及時性、可靠 性，是一種保證關(guān)鍵性變軌點(diǎn)軌控實(shí)施的有效措施。(3 )本發(fā)明的自主故障檢測恢復(fù)控制的方法中依據(jù)的自主變軌是恒星捕 獲、慣性調(diào)姿、恒星定向和軌控定向相結(jié)合的適用深空探測衛(wèi)星的自主變軌 方法。(4 )本發(fā)明所依據(jù)的自主變軌方法采用由程序時間控制的自主控制流程，簡化變軌過程中的地面操作流程，更加提高了變軌可靠性。(5)本發(fā)明的自主故障檢測恢復(fù)控制的方法可靠?？蓮V泛應(yīng)用于各種類 型衛(wèi)星的軌道控制。特別適用于有關(guān)鍵點(diǎn)或是唯一窗口變軌要求的航天器的 軌道控制。


圖1為本發(fā)明自主故障檢測流程圖； 圖2為本發(fā)明故障恢復(fù)控制流程圖； 圖3為本發(fā)明采用的自主變軌方法流程圖；圖4為基于脈寬調(diào)制(PWM)的PID和濾波校正噴氣姿態(tài)控制的原理圖； 圖5為PID和濾波器校正環(huán)節(jié)示意圖； 圖6為PWM常值輸入等效關(guān)系示意圖； 圖7為軌控發(fā)動機(jī)雙保險關(guān)機(jī)方法示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的自主故障檢測恢復(fù)控制方法是指在自主變軌過程中，若由于某 種故障發(fā)生，導(dǎo)致軌控發(fā)動機(jī)不能按照預(yù)定的程序進(jìn)行點(diǎn)火控制，則衛(wèi)星自 主轉(zhuǎn)入一個過渡階段，進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)，重新建立軌控工作流程。進(jìn)而根據(jù)重 新設(shè)定的軌控時間，完成軌道控制任務(wù)。其中，自主變軌過程包括變軌準(zhǔn)備 和變軌控制兩個階段。變軌準(zhǔn)備階段從恒星捕獲階段開始，星上可以按照程 序時間的控制，依次進(jìn)入慣性調(diào)姿和恒星定向階段，最后進(jìn)入變軌控制階段， 即軌控定向，自主完成軌控任務(wù)，無需地面干預(yù)。本發(fā)明的具體實(shí)施方法如下(1)自主故障檢測如圖1所示，為故障檢測流程圖。在整個軌控過程中均考慮了星上自主故 障檢測且自主恢復(fù)控制的對策。根據(jù)衛(wèi)星軌道控制的要求，確定衛(wèi)星的自主 變軌過程中各階段的的故障檢測原則為a.恒星捕獲本發(fā)明的恒星捕獲階段，是衛(wèi)星在變軌前維持巡航姿態(tài)(對日定向)的一 個穩(wěn)定控制的工作階段。此階段下的姿態(tài)主要釆用動量輪進(jìn)行控制，衛(wèi)星的 姿態(tài)應(yīng)保證在一定的范圍內(nèi)。而且， 一般情況下，不會觸發(fā)噴氣控制。根據(jù) 此特點(diǎn)，將衛(wèi)星姿態(tài)超限以及噴氣量過多，設(shè)定為此階段的故障判斷奈件。本發(fā)明應(yīng)用深空探測衛(wèi)星一種實(shí)施例設(shè)定故障檢測判據(jù)為衛(wèi)星姿態(tài)誤差估 值大于15度，連續(xù)時間大于100秒，或衛(wèi)星單通道連續(xù)噴氣次數(shù)大于40次。 b.慣性調(diào)姿本發(fā)明的慣性調(diào)姿階段用于衛(wèi)星從變軌前的穩(wěn)定運(yùn)行階段轉(zhuǎn)為變軌的點(diǎn) 火姿態(tài)的控制。由于衛(wèi)星變軌前的穩(wěn)定運(yùn)行姿態(tài)和變軌時的點(diǎn)火姿態(tài)是可以 通過軌控策略確、定的。衛(wèi)星在姿態(tài)機(jī)動(調(diào)姿)過程中所采用的控制律也是 確定的。所以衛(wèi)星慣性調(diào)姿所用的時間是可以事先預(yù)計的，根據(jù)預(yù)計的結(jié)果 可以給出調(diào)姿所用的最長時間。設(shè)定的故障檢測原則為若衛(wèi)星慣性調(diào)姿階 段下時間過長，則判為故障。針對本發(fā)明應(yīng)用的深空探測衛(wèi)星設(shè)定的慣性調(diào) 姿調(diào)姿時間判據(jù)為超過1200秒。b. 恒星定向本發(fā)明的恒星定向階段，是衛(wèi)星在變軌前保持衛(wèi)星點(diǎn)火姿態(tài)的 一個穩(wěn)定 控制工作階段。此階段與恒星捕獲階段故障檢測原則是一致的。c. 軌控定向本發(fā)明的軌控定向階段是軌控發(fā)動機(jī)工作時，姿態(tài)穩(wěn)定控制的工作階段。 在此階段下，采用PWM調(diào)制器進(jìn)行衛(wèi)星的姿態(tài)穩(wěn)定控制，姿態(tài)誤差較小。所 以在軌控定向階段下，選取姿態(tài)超差作為故障檢測判據(jù)。對于軌道控制要求 較高的衛(wèi)星來說，軌控點(diǎn)火期間的姿態(tài)誤差直接影響軌控的精度，所以姿態(tài) 超差判據(jù)的起效時間要求較短。綜合考慮上迷兩種原則針對本發(fā)明應(yīng)用的深 空探測衛(wèi)星設(shè)置如下的故障判據(jù)三軸中任一軸姿態(tài)誤差大于10度，連續(xù)超 過20秒。對于上述各階段的故障檢測原則和判據(jù)，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的航天器要求，并參照這些參數(shù)作適當(dāng)變換或者在檢測閥值中設(shè)置可修改的系數(shù)。其中，自主故障檢測所采用的自主變軌方法分變軌準(zhǔn)備和變軌控制兩個階段，如圖3所示。變軌準(zhǔn)備包括恒星捕獲、慣性調(diào)姿、恒星定向階^殳，變 軌控制即為軌控定向階段。上述各步驟間的轉(zhuǎn)換流程參見圖l。除恒星捕獲 階段需要地面控制轉(zhuǎn)入外，其余各階段的自主轉(zhuǎn)換條件采用程序時間控制方 式，即設(shè)定的階段開始時間到，控制軟件自主控制衛(wèi)星轉(zhuǎn)入相應(yīng)的工作階段。 恒星捕獲階段在衛(wèi)星建立軌控點(diǎn)火姿態(tài)之前使用。主要進(jìn)行精確的姿態(tài) 確定、標(biāo)定陀螺漂移以及加速度計零位偏差。采用陀螺預(yù)估與星敏感器修正 相結(jié)合的方法確定衛(wèi)星的慣性姿態(tài)，采用噴氣相平面和動量輪聯(lián)合控制衛(wèi)星 姿態(tài)。正常情況下該階段由地面控制轉(zhuǎn)入。在軌控段故障時可由速率阻尼階 段自主進(jìn)入。程序時間到，自主轉(zhuǎn)入慣性調(diào)姿階段。慣性調(diào)姿階段的功能為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星大角度姿態(tài)機(jī)動。主要用于變軌準(zhǔn)備階 段建立衛(wèi)星點(diǎn)火姿態(tài)。本階段利用陀螺的測量數(shù)據(jù)以及恒星捕獲過程中標(biāo)定 的陀螺漂移預(yù)估衛(wèi)星慣性姿態(tài)。使用相平面噴氣控制律進(jìn)行姿態(tài)控制。此時， 動量輪保持標(biāo)稱轉(zhuǎn)速，不參與姿態(tài)控制。該階段由恒星捕獲階段根據(jù)程序時 間自主轉(zhuǎn)入。程序時間到自主轉(zhuǎn)出至恒星定向階段。恒星定向階段主要用于衛(wèi)星建立軌控點(diǎn)火姿態(tài)之后的穩(wěn)態(tài)控制，利用星 敏感器對衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行濾波修正，但不對標(biāo)定好的陀螺漂移進(jìn)行修正。由慣 性調(diào)姿階段根據(jù)程序時間自主進(jìn)入。程序時間到，自主轉(zhuǎn)出到軌控定向階段。軌控定向階段用于軌控發(fā)動機(jī)開、關(guān)機(jī)控制和點(diǎn)火期間的姿態(tài)穩(wěn)定控 制?？紤]到軌控發(fā)動機(jī)點(diǎn)火的干擾力矩大，可能激發(fā)液體推進(jìn)劑晃動和太陽 帆板撓性振動，設(shè)計了基于脈寬調(diào)制(P麵)的PID和濾波校正噴氣姿態(tài)控制。 本階段動量輪保持標(biāo)稱轉(zhuǎn)速。軌控開機(jī)束取預(yù)先注入開機(jī)時間的自主程控點(diǎn) 火，軌控關(guān)機(jī)采用速度增量及時間雙保險關(guān)機(jī)的控制方法，如圖5所示。本 階段由恒星定向階段按照程序時間自主轉(zhuǎn)入，軌控關(guān)機(jī)后自主轉(zhuǎn)出?；诿}寬調(diào)制(P麗)的PID和濾波校正噴氣姿態(tài)控制的控制原理如圖4所示。PID和校正濾波器如圖5所示，輸入量為衛(wèi)星姿態(tài)角(&)和姿態(tài) 角速度(W)的測量估計值。輸出為衛(wèi)星需要的控制量。脈寬調(diào)制(PWM) 的等效關(guān)系如圖6所示。其中/n，H2，7Vn為調(diào)制器控制參數(shù)，輸入量為PID和 濾波校正環(huán)節(jié)計算的控制量，輸出量為推力器的脈寬信號。脈寬調(diào)制算法為<formula>formula see original document page 10</formula>其中r-:r，為調(diào)制器的輸入量，即衛(wèi)星所需要的控制量，^為調(diào)制器的 輸出信號，將此信號『c加到累計點(diǎn)火時間&里，即可生成推力器的脈寬信號。<formula>formula see original document page 10</formula>其中"為控制周期，sgn()為符號函數(shù)，^為推力器的控制脈寬；尸『 為計算導(dǎo)出的噴氣脈寬；PW為剩余的噴氣量，初值為零。該控制方法的詳細(xì)描述還可參見(《航天控制》2005年第一期題為《探 月衛(wèi)星變軌控制時的姿態(tài)控制研究》的文章或其他相關(guān)書籍或文獻(xiàn))。軌控速度增量和時間雙保險關(guān)機(jī)控制方法是指，在軌控發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)的標(biāo) 稱時刻前后設(shè)置一個時間區(qū)間，在此時間區(qū)間之前禁止軌控發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)，在 此時間區(qū)間之后強(qiáng)制軌控發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)，在此時間區(qū)間之內(nèi)，則采用加速度計 測量的速度增量進(jìn)行軌控發(fā)動機(jī)的關(guān)機(jī)控制。如圖7所示。tfureon, t0分別為軌 控發(fā)動機(jī)標(biāo)稱開關(guān)機(jī)時刻。t1為禁止關(guān)機(jī)時間(即時間區(qū)間的起點(diǎn))，f2為 強(qiáng)制關(guān)機(jī)時間(即時間區(qū)間的終點(diǎn))。關(guān)機(jī)控制時間區(qū)間u, ， ,2 ]兩個端點(diǎn)的時刻設(shè)置方法為，根據(jù)衛(wèi)星軌控 策略確定的軌控發(fā)動機(jī)開關(guān)機(jī)時刻，計算出軌控發(fā)動機(jī)標(biāo)稱的開機(jī)時間長 度，然后計算出軌控關(guān)機(jī)時間區(qū)間兩個端點(diǎn)相對于軌控發(fā)動機(jī)開機(jī)時刻的相對時間長度，最終確定關(guān)機(jī)區(qū)間兩個端點(diǎn)的時刻。具體計算方法如下2 *,咖 '其中，k為時間區(qū)間的長度系數(shù)，k-O. 02 —0.1, k可以根據(jù)軌控精度的 要求放大或縮小。時間區(qū)間之內(nèi)的發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)控制，采用速度增量關(guān)機(jī)的方法，根據(jù)衛(wèi)星 加速度計測量輸出，計算衛(wèi)星變軌過程的加速度，減去在恒星捕獲階段標(biāo)定 好的加速度計零位偏差后，在軌控發(fā)動機(jī)開機(jī)后進(jìn)行累計，待累計到軌控需 要的速度增量后，關(guān)上軌控發(fā)動機(jī)，結(jié)束軌控。軌控點(diǎn)火過程中速度增量計算方法A—、 ^ ;其中t為衛(wèi)星當(dāng)前的星上時間。a為加速度，""為加速度計零位偏差。上述各階革爻間的程序時間采用如下時間確定首先根據(jù)衛(wèi)星軌道控制的點(diǎn)火時間開始往前推算變軌準(zhǔn)備階段各階段 的開始時間。根據(jù)恒星定向階段姿態(tài)濾波修正算法的姿態(tài)修正能力，可以確 定恒星定向的開始時間。此時間的確定應(yīng)能保證修正算法將衛(wèi)星在慣性調(diào)姿 過程中由于陀螺漂移引起的姿態(tài)偏差修正到變軌要求的范圍內(nèi)。從恒星定向 的開始時間，根據(jù)衛(wèi)星慣性調(diào)姿的能力(調(diào)姿角速度的大小)以及需要調(diào)姿 的范圍，倒推設(shè)置慣性調(diào)姿的開始時刻。由于恒星捕獲階段時，需要標(biāo)定陀 螺漂移和加速度計的零位偏差， 一般至少需要l小時。根據(jù)此時間，即可從慣性調(diào)姿時刻開始前推恒星捕獲的開始時間。(2)自主恢復(fù)控制衛(wèi)星發(fā)生故障后，可能導(dǎo)致比較大的姿態(tài)角速度，使衛(wèi)星恢復(fù)控制較為 困難。所以故障恢復(fù)的首要任務(wù)是將衛(wèi)星姿態(tài)角速度阻尼下來。在本發(fā)明中 采用了速率阻尼模式，利用噴氣控制減小衛(wèi)星的姿態(tài)角速度。正常飛行狀態(tài) 下不使用速率阻尼模式。僅當(dāng)軌控段(含變軌準(zhǔn)備和變軌控制)發(fā)生故障時 才自主轉(zhuǎn)入速率阻尼模式，在該模式下，使用陀螺測量星體角速度并估計相 對姿態(tài)角(進(jìn)入本階段時姿態(tài)角置零)，星上自主根據(jù)星敏感器的工作狀態(tài) 設(shè)置衛(wèi)星姿態(tài)估計的初始值，同時引入星敏感器數(shù)據(jù)修正衛(wèi)星估計姿態(tài)；按 相平面控制規(guī)律進(jìn)行噴氣姿態(tài)控制。動量輪保持標(biāo)稱轉(zhuǎn)速。滿足角速度要求 時，自主轉(zhuǎn)恒星捕獲階段。自主恢復(fù)流程為當(dāng)自主檢測出故障后，控制軟件自主控制衛(wèi)星進(jìn)入速 率阻尼階段。在速率阻尼模式下，衛(wèi)星進(jìn)行速率阻尼。待衛(wèi)星的姿態(tài)角速度 阻尼成功后，自主轉(zhuǎn)入恒星捕獲階段。在此模式下，重新設(shè)置軌控流程，即 設(shè)定后續(xù)軌控過程中所涉及到的工作階段的開始時間。星上計算機(jī)控制軟件 根據(jù)重新設(shè)定的時間，控制衛(wèi)星自主轉(zhuǎn)入相應(yīng)的工作階段，恢復(fù)軌控。故障 恢復(fù)流程如圖2所示。速率阻尼成功的判據(jù)為姿態(tài)角速度小于O. l度/秒。故障恢復(fù)流程的重新i文定的時間可以為 <formula>formula see original document page 12</formula>其中~。"為慣性調(diào)姿開始時間，"。"為恒星定向10開始時間，^'為軌控 定向開始時間，這三個量為地面注入的量，t為衛(wèi)星當(dāng)前的星上時間。其中， t+60, t+450， t+600故障恢復(fù)過程中星上設(shè)定的時間，可以根據(jù)不同情況進(jìn) 行變換。以上所描迷的系統(tǒng)只是本發(fā)明的 一種情況，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)不 同的要求和設(shè)計參數(shù)在不偏離本發(fā)明的情況下進(jìn)行各種增補(bǔ)、改進(jìn)和更換， 因此，本發(fā)明是廣泛的。
權(quán)利要求
1、一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方法，其特征在于包括(1)自主故障檢測首先，在自主變軌方法的恒星捕獲階段和恒星定向階段，設(shè)定衛(wèi)星姿態(tài)超限以及噴氣量為故障判斷條件；在自主變軌方法的慣性調(diào)姿階段，設(shè)定衛(wèi)星慣性調(diào)姿時間為故障判斷條件；在自主變軌方法的軌控定向階段，選取姿態(tài)超限為故障判斷條件；然后，在變軌過程中引入故障判斷條件，在恒星捕獲階段和恒星定向階段，對衛(wèi)星姿態(tài)以及噴氣量進(jìn)行檢測，判斷衛(wèi)星是否姿態(tài)超限或是噴氣量過多；在慣性調(diào)姿階段，對衛(wèi)星進(jìn)行慣性調(diào)姿的時間進(jìn)行檢測，判斷調(diào)姿的時間是否超過預(yù)計的調(diào)姿時間；在軌控定向階段，對衛(wèi)星的姿態(tài)進(jìn)行檢測，判斷衛(wèi)星點(diǎn)火姿態(tài)是否超過限定的范圍；如果在任一階段檢測到出故障，便設(shè)置軌控故障標(biāo)志，轉(zhuǎn)入自主恢復(fù)控制階段，如果在整個故障檢測過程中，均未出現(xiàn)滿足故障判斷條件的情況時，軌控發(fā)動機(jī)正常關(guān)機(jī)，軌控過程結(jié)束。(2)自主恢復(fù)控制當(dāng)衛(wèi)星自主檢測出故障，進(jìn)入恢復(fù)控制時，星上自主控制衛(wèi)星進(jìn)入速率阻尼階段，在速率阻尼階段下，根據(jù)星敏感器的工作狀態(tài)設(shè)置衛(wèi)星姿態(tài)估計的初始值，同時利用陀螺與星敏感器組合定姿方法修正衛(wèi)星估計姿態(tài)；待衛(wèi)星的姿態(tài)角速度阻尼成功后，自主轉(zhuǎn)入恒星捕獲階段，在恒星捕獲階段，重新設(shè)置軌控流程，即設(shè)定后續(xù)變軌過程中各階段的開始時間，根據(jù)重新設(shè)定的時間，衛(wèi)星自主轉(zhuǎn)入相應(yīng)的工作階段，恢復(fù)軌控。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方法， 其特征在于所述的自主變軌方法是指(1) 恒星捕獲在衛(wèi)星建立軌控點(diǎn)火姿態(tài)之前，預(yù)估衛(wèi)星的慣性姿態(tài)， 進(jìn)行衛(wèi)星姿態(tài)控制，利用星敏感器信息標(biāo)定陀螺漂移，利用加速度計的遙測 數(shù)據(jù)標(biāo)定加速度計零位偏差；(2) 慣性調(diào)姿當(dāng)設(shè)置的程序時間到時，恒星捕獲階段自動轉(zhuǎn)入慣性調(diào)姿階段，用于建立衛(wèi)星軌控點(diǎn)火姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動，利用陀螺的測 量數(shù)據(jù)以及恒星捕獲過程中標(biāo)定的陀螺漂移預(yù)估衛(wèi)星慣性姿態(tài)，利用噴氣控制進(jìn)行衛(wèi)星姿態(tài)控制；(3) 恒星定向當(dāng)設(shè)置的程序時間到時，慣性調(diào)姿階段自動轉(zhuǎn)入恒星 定向階段，對衛(wèi)星建立軌控點(diǎn)火姿態(tài)之后進(jìn)行穩(wěn)態(tài)控制，利用星敏感器對衛(wèi) 星姿態(tài)進(jìn)行濾波修正；(4) 軌控定向當(dāng)設(shè)置的程序時間到時，恒星定向階段自動轉(zhuǎn)入軌控 定向階段，進(jìn)行軌控發(fā)動機(jī)開、關(guān)機(jī)控制，確定衛(wèi)星的點(diǎn)火姿態(tài)，并進(jìn)行點(diǎn) 火期間的姿態(tài)穩(wěn)定控制。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方法， 其特征在于步驟(1)、步驟(2)和步驟(3)中所述的設(shè)置的程序時間 是指首先確定軌控發(fā)動機(jī)的開機(jī)時間，即衛(wèi)星軌道控制的點(diǎn)火時間，從此時 間開始往前推算變軌準(zhǔn)備階段各階段的開始時間；根據(jù)恒星定向階段姿態(tài)濾 波修正算法的姿態(tài)修正能力，可以確定恒星定向的開始時間，恒星定向階段 的時間要保證修正算法將衛(wèi)星在慣性調(diào)姿過程中由于陀螺漂移引起的姿態(tài) 偏差修正到變軌要求的范圍內(nèi)；從恒星定向的開始時間，根據(jù)衛(wèi)星慣性調(diào)姿 的能力以及需要調(diào)姿的范圍，倒推設(shè)置慣性調(diào)姿的開始時刻；在恒星捕獲階 段，需要標(biāo)定陀螺漂移和加速度計的零位偏差，至少需要l小時，根據(jù)此時 間需求，即可從慣性調(diào)姿時刻開始前推恒星捕獲的開始時間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方法， 其特征在于所述的步驟(1)中進(jìn)行衛(wèi)星姿態(tài)控制采用相平面噴氣和動量 輪聯(lián)合控制的方法。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方法， 其特征在于所述的步驟(4)中點(diǎn)火期間的姿態(tài)穩(wěn)定控制采用基于脈寬調(diào) 制P醫(yī)的比例積分微分控制器PI D和濾波校正的噴氣控制方法。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方法，其特征在于所述的步驟(4)中軌控發(fā)動機(jī)開機(jī)采取預(yù)先注入開機(jī)時間的 自主程控點(diǎn)火，軌控發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)采用速度增量和時間雙保險關(guān)機(jī)的控制方 法，軌控速度增量和時間雙保險關(guān)機(jī)控制方法是指，在軌控發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)的標(biāo) 稱時刻前后設(shè)置一個時間區(qū)間，在此時間區(qū)間之前禁止軌控發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)，在 此時間區(qū)間之后強(qiáng)制軌控發(fā)動機(jī)關(guān)沖幾，在此時間區(qū)間之內(nèi)，則采用加速度計 測量的速度增量進(jìn)行軌控發(fā)動機(jī)的關(guān)機(jī)控制。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方 法，其特征在于所述的恒星捕獲在正常情況下由地面控制進(jìn)入，在變軌階 段出現(xiàn)故障時可以由速率阻尼模式自主進(jìn)入。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方法， 其特征在于步驟(2)中當(dāng)所述的衛(wèi)星有備份推力器時，則在速率阻尼模 式下首先切換至備份推力器工作。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方法， 其特征在于步驟(2)中所迷的姿態(tài)角速度阻尼成功的條件是姿態(tài)角速 度小于O. l度/秒。
全文摘要
一種變軌期間自主故障檢測恢復(fù)控制的方法，包括(1)自主故障檢測首先，在自主變軌方法的恒星捕獲階段、慣性調(diào)姿階段、恒星定向階段和軌控定向階段，設(shè)定故障判斷條件；然后，在變軌過程中引入故障判斷條件，(2)自主恢復(fù)控制當(dāng)衛(wèi)星自主檢測出故障，進(jìn)入恢復(fù)控制時，星上自主控制衛(wèi)星進(jìn)入速率阻尼階段，待衛(wèi)星的姿態(tài)角速度阻尼成功后，自主轉(zhuǎn)入恒星捕獲階段，在恒星捕獲階段，重新設(shè)置軌控流程，即設(shè)定后續(xù)變軌過程中各階段的開始時間，根據(jù)重新設(shè)定的時間，衛(wèi)星自主轉(zhuǎn)入相應(yīng)的工作階段，恢復(fù)軌控。本發(fā)明的方法提高了變軌的可靠性，保證軌道控制及時、準(zhǔn)確地實(shí)施。而且能夠更好地保證軌控唯一窗口的實(shí)現(xiàn)。
文檔編號B64G1/24GK101214859SQ200710301589
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者紅 宗, 李鐵壽, 寨 王, 王大軼, 王淑一, 銳 薛, 冬 韓, 黃江川 申請人:北京控制工程研究所