一種小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量卸載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量卸載方法，屬于衛(wèi)星姿態(tài)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)量輪是衛(wèi)星姿態(tài)控制的常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，隨著微衛(wèi)星、納衛(wèi)星等小衛(wèi)星的發(fā)展，小型化動(dòng)量輪得到了研制應(yīng)用。XX-9B衛(wèi)星除了衛(wèi)星平臺(tái)自身配置的動(dòng)量輪作為控制部件之外，也配置了國(guó)產(chǎn)小型動(dòng)量輪，在軌對(duì)小型動(dòng)量輪的控制能力做了測(cè)試，即把小型動(dòng)量輪引入系統(tǒng)控制中，以小型動(dòng)量輪為執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行姿態(tài)控制。由于小型動(dòng)量輪的有效角動(dòng)量變化范圍有限，當(dāng)磁卸載不能滿(mǎn)足卸載能力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)角動(dòng)量飽和現(xiàn)象，需要進(jìn)行角動(dòng)量卸載。目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有利用衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪卸載小型動(dòng)量輪的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題為:克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種小型動(dòng)量輪角動(dòng)量卸載方法，針對(duì)具備多種角動(dòng)量裝置的航天器，最大限度利用角動(dòng)量裝置對(duì)星體角動(dòng)量的吸收能力。
[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)方案為:
[0005]一種小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量卸載方法，在基于動(dòng)量輪控制的衛(wèi)星平臺(tái)上固定安裝有小型動(dòng)量輪以及衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪；
[0006]所述小型動(dòng)量輪角動(dòng)量卸載方法步驟如下:
[0007](I)在小型動(dòng)量輪的正常控制期間，采用衛(wèi)星上的磁力矩器進(jìn)行小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量卸載；所述小型動(dòng)量輪的正?？刂破陂g是指衛(wèi)星通過(guò)小型動(dòng)量輪進(jìn)行姿態(tài)控制，且小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量未飽和；
[0008](2)若小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量達(dá)到飽和，則利用衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪卸載吸收該小型動(dòng)量輪多余的角動(dòng)量，即令小型動(dòng)量輪恢復(fù)到其標(biāo)稱(chēng)角動(dòng)量，小型動(dòng)量輪的標(biāo)稱(chēng)角動(dòng)量與其飽和角動(dòng)量之間的角動(dòng)量差值由所述衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪提供，且任一時(shí)刻小型動(dòng)量輪和衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪的角動(dòng)量總和守恒；
[0009](3)若衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪也達(dá)到飽和，則通過(guò)衛(wèi)星上的推力器，利用噴氣方式進(jìn)行角動(dòng)量卸載。
[0010]所述小型動(dòng)量輪是指最大角動(dòng)量小于等于INms的動(dòng)量輪，所述衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪是指最大角動(dòng)量大于等于4Nms的動(dòng)量輪。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于
[0012]利用本發(fā)明的小型動(dòng)量輪角動(dòng)量卸載方法，當(dāng)小型動(dòng)量輪達(dá)到飽和之后，首先由衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪對(duì)小型動(dòng)量輪進(jìn)行卸載吸收，待衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪也達(dá)到飽和之后，才使用推力器進(jìn)行噴氣卸載角動(dòng)量。通過(guò)本發(fā)明方法可以大大減少?lài)姎庑遁d的次數(shù)，使得衛(wèi)星上能夠節(jié)約燃料。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為小型動(dòng)量輪控制及卸載過(guò)程中的衛(wèi)星姿態(tài)角；
[0014]圖2為小型動(dòng)量輪控制及卸載過(guò)程中的衛(wèi)星姿態(tài)角速度；
[0015]圖3為小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量；
[0016]圖4為衛(wèi)星平臺(tái)Y軸動(dòng)量輪的角動(dòng)量；
[0017]圖5為本發(fā)明流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明針對(duì)小型動(dòng)量輪的卸載需求，設(shè)計(jì)了利用衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪吸收小型動(dòng)量輪的多余角動(dòng)量的方法，完成了對(duì)小型動(dòng)量輪的卸載，可滿(mǎn)足衛(wèi)星對(duì)小型動(dòng)量輪卸載的需求。該方法在小型動(dòng)量輪發(fā)生角動(dòng)量飽和時(shí)，優(yōu)先利用衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪對(duì)小型動(dòng)量輪進(jìn)行卸載，盡量減少推力器的使用。該方法可以有效地減少?lài)姎庑遁d，節(jié)省燃料。本專(zhuān)利可以推廣應(yīng)用到于同時(shí)具備多種角動(dòng)量裝置的航天器中，最大限度利用角動(dòng)量裝置對(duì)星體角動(dòng)量的吸收能力，節(jié)約衛(wèi)星上能夠攜帶的有限燃料。
[0019]本發(fā)明方法具體步驟如下，如圖5所示:
[0020](I)在小型動(dòng)量輪的正常控制期間，利用衛(wèi)星上的磁力矩器與地磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生卸載力矩，對(duì)小型動(dòng)量輪進(jìn)行卸載角動(dòng)量卸載；所述小型動(dòng)量輪的正?？刂破陂g是指衛(wèi)星通過(guò)小型動(dòng)量輪進(jìn)行姿態(tài)控制，且小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量未飽和；本發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn)是基于動(dòng)量輪控制的衛(wèi)星平臺(tái)上固定安裝有小型動(dòng)量輪以及衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪。
[0021](2)若小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量達(dá)到飽和，則利用衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪卸載吸收該小型動(dòng)量輪多余的角動(dòng)量，即令小型動(dòng)量輪恢復(fù)到其標(biāo)稱(chēng)角動(dòng)量，小型動(dòng)量輪的標(biāo)稱(chēng)角動(dòng)量與其飽和角動(dòng)量之間的角動(dòng)量差值由所述衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪提供，且任一時(shí)刻小型動(dòng)量輪和衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪的角動(dòng)量總和守恒；所述小型動(dòng)量輪是指最大角動(dòng)量小于等于INms的動(dòng)量輪，所述衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪是指最大角動(dòng)量大于等于4Nms的動(dòng)量輪。
[0022](3)若衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪也達(dá)到飽和，則通過(guò)衛(wèi)星上的推力器產(chǎn)生力矩，對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪進(jìn)行角動(dòng)量卸載，使得衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪恢復(fù)到其標(biāo)稱(chēng)角動(dòng)量。
[0023]以一個(gè)軌道高度為790km的太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星為例，軌道傾角為98° ;衛(wèi)星平臺(tái)配置了 4個(gè)動(dòng)量輪，以3+1S方式安裝，每個(gè)動(dòng)量輪的最大角動(dòng)量為4Nms ;在￥軸配置了 I個(gè)小型動(dòng)量輪，最大角動(dòng)量位0.5Nmso衛(wèi)星利用小型動(dòng)量輪控制，保持俯仰軸偏置在-15度，從仿真時(shí)刻1000秒開(kāi)始，在衛(wèi)星Y軸上間歇性的加單向干擾力矩，發(fā)生噴氣卸載后停止施加干擾。
[0024]按照本發(fā)明的卸載方法，小動(dòng)量輪的角動(dòng)量首先由平臺(tái)Y軸動(dòng)量輪卸載，使得衛(wèi)星Y軸動(dòng)量輪的角動(dòng)量逐漸增大，在星時(shí)2218秒時(shí)，平臺(tái)Y軸動(dòng)量輪達(dá)到飽和值，衛(wèi)星進(jìn)行噴氣卸載。
[0025]附圖給出了在此期間衛(wèi)星主要參數(shù)曲線(xiàn)圖。
[0026]由圖1和圖2可以看出，衛(wèi)星在Y軸作了兩次俯仰機(jī)動(dòng)，首先俯仰角從+15度機(jī)動(dòng)到-15度，并保持俯仰軸偏置在-15度的狀態(tài)約2500秒，之后又進(jìn)行第二次俯仰機(jī)動(dòng)，由俯仰角從-15度機(jī)動(dòng)到+15度。對(duì)小型動(dòng)量輪的控制、卸載等仿真均集中在俯仰角偏置在-15度的這段時(shí)間。由于在仿真2218秒發(fā)生了噴氣卸載，可以看出此時(shí)的衛(wèi)星姿態(tài)角、角速度均有較大變化。
[0027]由圖3和圖4可以看出，從1000秒開(kāi)始在Y軸施加的干擾力矩，首先使得小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量快速增大，一旦小型動(dòng)量輪達(dá)到飽和(0.4Nms)，則衛(wèi)星平臺(tái)的Y軸動(dòng)量輪就開(kāi)始吸收小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量，同時(shí)小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量就恢復(fù)到標(biāo)稱(chēng)值(0.2Nms);隨著時(shí)間推移，Y軸干擾力矩使得小型動(dòng)量輪達(dá)到飽和、衛(wèi)星平臺(tái)的Y軸動(dòng)量輪卸載小型動(dòng)量輪、小型動(dòng)量輪角動(dòng)量恢復(fù)標(biāo)稱(chēng)值這個(gè)過(guò)程反復(fù)連續(xù)發(fā)生，于是干擾力矩積累的角動(dòng)量逐漸累加到衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪。直到仿真第2218秒，衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪也達(dá)到了飽和值，于是推力器開(kāi)始工作，利用噴氣力矩卸載衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪，衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪恢復(fù)到標(biāo)稱(chēng)值；此后由于不再施加干擾力矩，小型動(dòng)量輪和衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪的角動(dòng)量均保持穩(wěn)定，衛(wèi)星姿態(tài)角和角速度也穩(wěn)走。
[0028]可以看出在整個(gè)仿真期間，小型動(dòng)量輪發(fā)生了多次卸載，但都由衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪進(jìn)行了卸載，表明本發(fā)明可以有效地減少?lài)姎庑遁d，節(jié)約衛(wèi)星燃料。
[0029]本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量卸載方法，其特征在于:在基于動(dòng)量輪控制的衛(wèi)星平臺(tái)上固定安裝有小型動(dòng)量輪以及衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪； 所述小型動(dòng)量輪角動(dòng)量卸載方法步驟如下: (1)在小型動(dòng)量輪的正?？刂破陂g，采用衛(wèi)星上的磁力矩器進(jìn)行小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量卸載；所述小型動(dòng)量輪的正常控制期間是指衛(wèi)星通過(guò)小型動(dòng)量輪進(jìn)行姿態(tài)控制，且小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量未飽和； (2)若小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量達(dá)到飽和，則利用衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪卸載吸收該小型動(dòng)量輪多余的角動(dòng)量，即令小型動(dòng)量輪恢復(fù)到其標(biāo)稱(chēng)角動(dòng)量，小型動(dòng)量輪的標(biāo)稱(chēng)角動(dòng)量與其飽和角動(dòng)量之間的角動(dòng)量差值由所述衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪提供，且任一時(shí)刻小型動(dòng)量輪和衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪的角動(dòng)量總和守恒; (3)若衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪也達(dá)到飽和，則通過(guò)衛(wèi)星上的推力器，利用噴氣方式進(jìn)行角動(dòng)量卸載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量卸載方法，其特征在于:所述小型動(dòng)量輪是指最大角動(dòng)量小于等于INms的動(dòng)量輪，所述衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪是指最大角動(dòng)量大于等于4Nms的動(dòng)量輪。
【專(zhuān)利摘要】一種小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量卸載方法，在小型動(dòng)量輪正?？刂破陂g，其角動(dòng)量未達(dá)到飽和時(shí)，采用衛(wèi)星上的磁力矩器進(jìn)行小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量卸載；當(dāng)小型動(dòng)量輪的角動(dòng)量達(dá)到飽和時(shí)，則優(yōu)先利用衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪卸載該小型動(dòng)量輪多余的角動(dòng)量；若衛(wèi)星平臺(tái)動(dòng)量輪也達(dá)到飽和，則通過(guò)衛(wèi)星上的推力器，利用噴氣方式進(jìn)行角動(dòng)量卸載。
【IPC分類(lèi)】B64G1-24
【公開(kāi)號(hào)】CN104828261
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510218268
【發(fā)明人】李明群, 王淑一, 龔宇蓮, 褚永輝, 邢林峰, 郝金華, 董筠, 李鶴, 杜輝, 徐子荔
【申請(qǐng)人】北京控制工程研究所
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月30日