飞轮欠驱动时结合磁力矩器的卫星三轴姿态控制方法

摘要

飞轮欠驱动时结合磁力矩器的卫星三轴姿态控制方法，步骤为：(1)根据磁强计测量得到的地磁场强度矢量B确定磁控矩阵Γ(b)，并根据实际的飞轮可用情况，确定飞轮控制矩阵K_w；(2)计算三轴姿态控制用磁电流指令I_zk＝K_ic*M_zk；(3)计算三轴磁卸载用磁电流指令I_xz＝K_ic*M_xz；(4)计算磁力矩器指令I_ck＝I_zk+I_xz；在磁力矩器按照磁力矩器指令进行姿态控制的同时，可用的反作用飞轮继续基于指令力矩T_c进行姿态控制。本发明方法在系统仅剩下任意的两台甚至一台飞轮可用时，结合三轴磁力矩器实现了卫星三轴姿态高精度控制，适用于长期对地定向控制或长期对日定向控制，也适用于卫星任意姿态大角度机动控制。

主权项

飞轮欠驱动时结合磁力矩器的卫星三轴姿态控制方法，其特征在于包括如下步骤：(1)根据磁强计测量得到的地磁场强度矢量B确定磁控矩阵Γ(b)，并根据实际的飞轮可用情况，确定飞轮控制矩阵K_w，$\Gamma \left(b\right)=-b^{\times }{b}^{\times }=\left[\begin{array}{ccc}{b}_y^2+b_z^2& -b_x{b}_y& -b_x{b}_z\\ -b_x{b}_y& b_x^2+b_z^2& -b_y{b}_z\\ -b_x{b}_z& -b_y{b}_z& b_x^2+b_y^2\end{array}\right],K_w=\left[\begin{array}{ccc}{k}_x& 0& 0\\ 0& k_y& 0\\ 0& 0& k_z\end{array}\right]$其中，当i轴飞轮可用时，k_i＝1，否则当i轴飞轮故障时，k_i＝0，i＝x,y,z；(2)计算三轴姿态控制用磁电流指令I_zk＝K_ic*M_zk，其中k_ic为磁力矩器磁矩和电流转换系数，M_zk＝B×Λ^‑1(b)T_c/||B||²，Λ(b)＝Γ(b)+K_w，T_c为飞轮姿态控制算法给出的三轴控制力矩指令；(3)计算三轴磁卸载用磁电流指令I_xz＝K_ic*M_xz，其中M_xz＝‑K_u(B×Δh)/||B||²，Δh为当前飞轮角动量与卸载目标角动量的差值，K_u为磁卸载系数矩阵$K_u=\left[\begin{array}{ccc}{K}_{ux}& 0& 0\\ 0& K_{uy}& 0\\ 0& 0& K_{uz}\end{array}\right]$K_ux、K_uy、K_uz分别为卫星三轴磁卸载系数；(4)计算磁力矩器指令I_ck＝I_zk+I_xz，I_ck为三轴磁力距器磁控电流；在磁力矩器按照磁力矩器指令进行姿态控制的同时，可用的反作用飞轮继续基于指令力矩T_c进行姿态控制。