專利名稱：一種利用衛(wèi)星俯仰軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航天器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用衛(wèi)星俯仰軸快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量方法。
背景技術(shù)：
具有快速機(jī)動(dòng)能力的衛(wèi)星能夠在很短的時(shí)間內(nèi)完成大角度的機(jī)動(dòng)并能夠精確的對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。為了同時(shí)滿足衛(wèi)星機(jī)動(dòng)快速性與精確性的要求，通常使用動(dòng)量交換裝置作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)衛(wèi)星機(jī)動(dòng)的快速性要求衛(wèi)星的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有足夠的角動(dòng)量空間，因此如何方便快捷的對(duì)衛(wèi)星的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行卸載是一個(gè)值得研究的課題。通常情況衛(wèi)星使用磁力矩器或者噴氣裝置卸載，磁力矩器雖然能夠?qū)崟r(shí)提供連續(xù)的卸載力矩，但是磁力矩器能夠提供的卸載力矩比較小，如果衛(wèi)星存在較大的干擾力矩利用磁力矩器進(jìn)行卸載需要很長的時(shí)間，噴氣裝置卸載能夠提供較大的卸載力矩，但是由于噴氣裝置消耗燃料壽命有限，對(duì)于長期運(yùn)行的衛(wèi)星不是很適合，另外，噴氣裝置也相對(duì)比較
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法使用裝置卸載并且卸載裝置昂貴的問題，提出一種利用衛(wèi)星俯仰軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量的方法。一種利用衛(wèi)星俯仰軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量的方法，具體過程如下:
步驟一、測(cè)量確定衛(wèi)星需要卸載的俯仰軸角動(dòng)量hm—y,具體步驟為:測(cè)量每一個(gè)動(dòng)量交換執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角動(dòng)量在本體坐標(biāo)系的分量,將第i個(gè)動(dòng)量交換執(zhí)行機(jī)構(gòu)角動(dòng)量在本體坐標(biāo)系的分量表示為#，由此可以得到所有動(dòng)量交換執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總角動(dòng)量在俯仰軸的分量hm y，表達(dá)式為:
權(quán)利要求
1.一種利用衛(wèi)星俯仰軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量的方法，其特征在于具體過程如下: 步驟一、測(cè)量確定衛(wèi)星需要卸載的俯仰軸角動(dòng)量tv—y，具體步驟為: 測(cè)量每一個(gè)動(dòng)量交換執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角動(dòng)量在本體坐標(biāo)系的分量,將第i個(gè)動(dòng)量交換執(zhí)行機(jī)構(gòu)角動(dòng)量在本體坐標(biāo)系的分量表示為Af，由此可以得到所有動(dòng)量交換執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總角動(dòng)量在俯仰軸的分量y，表達(dá)式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用衛(wèi)星俯仰軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量的方法，其特征在于步驟三中求解衛(wèi)星機(jī)動(dòng)所需時(shí)間tend的具體過程為: 步驟三一:衛(wèi)星機(jī)動(dòng)的形式為:開始以最大力矩加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)速達(dá)到《ymax后停止對(duì)衛(wèi)星施加力矩，讓衛(wèi)星以《ymax角速度進(jìn)行常速滾動(dòng)，最后對(duì)衛(wèi)星時(shí)間方向的最大力矩進(jìn)行減速，保證衛(wèi)星姿態(tài)角達(dá)到指定值，并且姿態(tài)角速度為O ; 步驟三二:根據(jù)衛(wèi)星的機(jī)動(dòng)形式、最大機(jī)動(dòng)角速度Qymax以及衛(wèi)星最大的角加速度aymax，可以估算出衛(wèi)星加速段與加速段所用的時(shí)間為tl — tend-— ω ymax/aymax(9) 式中，&為衛(wèi)星加速段所用時(shí)間，t2為衛(wèi)星開始減速的時(shí)間； 步驟三三:衛(wèi)星角速度與坐標(biāo)軸圍成的面積等于機(jī)動(dòng)的姿態(tài)角θπ，從而可以得到表達(dá)式 t2 = 9 J W ymax ⑶) 最后，由式(9)與式(10)可得表達(dá)式 t j = ω / a + Θ / ω(U)。^endymax7 “ymaxm7 ymax\ 丄丄/ υ
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用衛(wèi)星俯仰軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量的方法，其特征在于步驟四的具體過程為: 步驟四一:令重力梯度力矩的幅值取最大值，即θπ = 45°，計(jì)算衛(wèi)星由0°機(jī)動(dòng)到45°的過程中積累的角動(dòng)量!^.(45° )，衛(wèi)星由0°機(jī)動(dòng)45°的過程中積累的角動(dòng)量與衛(wèi)星由45°機(jī)動(dòng)0°的過程中積累的角動(dòng)量相同，因此，當(dāng)機(jī)動(dòng)角度θπ = 45°的前提下，衛(wèi)星機(jī)動(dòng)過程中積累的角動(dòng)量總和為2hmanu(45° )； 步驟四二:比較|2hmanu(45° ) I與Ihun yI的大小: 如果 |hmy| ≤ |2h_(45。) I 則取 θπ = 45° ; 如果Ihun yI < 2h_(45。)|，則θπ應(yīng)滿足方程:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用衛(wèi)星俯仰軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量的方法，其特征在于步驟六所述衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的分布形式的具體求解過程為:能夠利用衛(wèi)星俯仰軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量，需要衛(wèi)星的慣量分布滿足條件: (1)衛(wèi)星能夠提供足夠大的重力梯度力矩，因此需要滿足條件Iiz-1xI□ O ； (2)衛(wèi)星有足夠的角動(dòng)量空間進(jìn)行機(jī)動(dòng)，即俯仰軸的機(jī)動(dòng)不需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)向角動(dòng)量飽和的方向運(yùn)動(dòng): 具體分析如下:如果衛(wèi)星俯仰軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)在俯仰軸有角動(dòng)量>O并接近飽和值，此時(shí)需要卸載的角動(dòng)量hm y < 0，此時(shí)衛(wèi)星只能提供力矩-// > O (保證機(jī)動(dòng)過程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角動(dòng)量不增加)，此時(shí)衛(wèi) 星只能機(jī)動(dòng)到θ m > 0，為了保證th()ld > 0，根據(jù)公式(7)需要保證Iz < Ix ;同理如果<0同樣可以推到出需要滿足Iz < Ix ; 綜合(I)與(2)可以得到適用于俯仰軸機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量的衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的分布應(yīng)滿足條件Iz □ Ix。
全文摘要
一種利用衛(wèi)星俯仰軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量的方法，本發(fā)明涉及航天器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法使用裝置卸載并且卸載裝置昂貴的問題，提出一種利用衛(wèi)星俯仰軸姿態(tài)機(jī)動(dòng)卸載俯仰軸角動(dòng)量的方法。步驟一、測(cè)量確定衛(wèi)星需要卸載的俯仰軸角動(dòng)量hun_y；步驟二、根據(jù)衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量確定衛(wèi)星所受到的重力梯度力矩；步驟三、估算衛(wèi)星俯仰軸機(jī)動(dòng)θm所需要的時(shí)間tend，以及機(jī)動(dòng)過程中重力梯度力矩在俯仰軸積累的角動(dòng)量hmanu；步驟四、根據(jù)hun_y與hmanu求解衛(wèi)星需要機(jī)動(dòng)的角度θm；步驟五、根據(jù)hun_y、hmanu與步驟四所確定的θm，計(jì)算需要保持該角度的時(shí)間thold；步驟六、確定保證衛(wèi)星有足夠角動(dòng)量空間進(jìn)行機(jī)動(dòng)的衛(wèi)星轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分布形。本發(fā)明應(yīng)用于航天器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B64G1/24GK103231810SQ20131014811
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者耿云海, 侯志立, 李誠良 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)