一种针对飞轮低速摩擦的挠性航天器姿态控制系统与方法

摘要

一种针对飞轮低速摩擦的挠性航天器姿态控制系统与方法，系统包括以下六个模块：带执行机构特性的挠性航天器动力学实时仿真模块、挠性航天器运动学实时仿真模块、姿态测量模块、姿态确定模块、姿态控制模块及执行机构模块；带执行机构特性的挠性航天器动力学实时仿真模块包含航天器本体、飞轮及挠性附件动力学；挠性航天器运动学实时仿真模块可以根据任务需求选取不同类型姿态描述方式；姿态测量模块可以根据任务需求选择不同真实敏感器及敏感器模拟器；姿态控制模块包括常规的PID、鲁棒控制方法以及一种针对飞轮低速摩擦的挠性航天器姿态控制方法，可以根据系统任务需求进行切换；执行机构模块包括真实的飞轮和推力器模拟器。

主权项

一种针对飞轮低速摩擦的挠性航天器姿态控制系统，其特征在于：包括以下六个模块：带执行机构特性的挠性航天器动力学实时仿真模块、挠性航天器运动学实时仿真模块、姿态测量模块、姿态确定模块、姿态控制模块及执行机构模块；所述的带执行机构特性的挠性航天器动力学实时仿真模块运行的是带执行机构特性的挠性航天器动力学模型，该模型是由航天器本体动力学方程、飞轮动力学方程以及挠性附件动力学方程三者联立构成，通过融合三个动力学方程，使得在姿态控制算法设计过程中，综合考虑飞轮摩擦以及挠性附件对航天器姿态控制精度的影响，提高控制算法精度；所述挠性航天器运动学实时仿真模块根据任务需求选取方向余弦式、欧拉角式、欧拉轴/角参数式或者欧拉四元素式中的一种来对航天器的姿态进行描述；带执行机构特性的挠性航天器动力学实时仿真模块与挠性航天器运动学实时仿真模块运行在实时仿真目标机中；所述姿态测量模块根据任务需求选择不同真实敏感器及敏感器模拟器进行组合来获取高精度的姿态信息，包括光纤陀螺仪、星敏感器、地球敏感器、太阳敏感器、太阳仿真器及对应的运动机构、三轴转台、单轴转台及星仿真器；所述姿态确定模块根据姿态测量模块测定的姿态数据，进行融合与解算得到当前航天器精确的姿态信息，并与期望的姿态进行对比，得到最新的姿态偏差信息；姿态控制模块根据航天器不同工作模式选择不同类别的控制方法，包括传统的PID控制方法、鲁棒控制方法以及针对飞轮低速摩擦的挠性航天器姿态控制方法；姿态确定模块与姿态控制模块运行在星载计算机里；执行机构模块包括真实的飞轮以及推力器模拟器；带执行机构特性的挠性航天器动力学实时仿真模块首先接受执行机构模块产生的力矩信号并进行解算，并将解算数据传递至挠性航天器运动学实时仿真模块中，挠性航天器运动学实时仿真模块根据任务需求选择方向余弦式、欧拉角式、欧拉轴/角参数式或者欧拉四元素式中的一种来对航天器的姿态进行描述；此后将描述的姿态传递至姿态测量模块中，驱动运动机构带动太阳仿真器进行运动，驱动三轴转台使得太阳敏感器与光纤陀螺仪能够测定新的姿态信息，驱动地球仿真器、单轴转台以及星仿真器，使得地球敏感器与星敏感器测定新的姿态信息，通过将上述敏感器与光纤陀螺仪测得的姿态数据传入到姿态确定模块，由姿态确定模块进行姿态解算，并与期望的姿态进行对比，将生成的姿态偏差数据传递至姿态控制模块，通过姿态控制模块中的控制方法进行解算，生成力矩指令，并传递至执行机构模块中，执行机构模块进行响应，并生成新的力矩信号传递给带执行机构特性的挠性航天器动力学实时仿真模块，完成一次完整的航天器姿态控制过程。