带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制方法，测量旋转载荷相对于卫星平台的相对运动参数；将所述相对运动参数输入到预设的静不平衡干扰力矩模型，得到所述旋转载荷作用于所述卫星平台的静不平衡干扰力矩；根据所述静不平衡干扰力矩，控制所述卫星平台的姿态。本发明专利技术实施例还公开了一种带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制装置、存储介质和信息处理装置。

Attitude control method and device for satellite platform with rotating load

The embodiment of the invention discloses an attitude control method for a satellite platform with a rotating load, which measures the relative motion parameters of the rotating load relative to the satellite platform, inputs the relative motion parameters to a preset static unbalanced disturbance torque model, and obtains the static unbalance of the rotating load acting on the satellite platform. The interference torque is controlled, and the attitude of the satellite platform is controlled according to the static unbalance interference torque. The embodiment of the invention also discloses an attitude control device, a storage medium and an information processing device for a satellite platform with a rotating load.

【技术实现步骤摘要】
带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制方法和装置
本专利技术涉及航天领域，尤其涉及一种带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制方法和装置。
技术介绍
卫星的有效载荷承担着整个卫星的任务与使命，卫星有效载荷涉及光学、无线电、微波等多个领域，承担着包括对地成像、通信、资源勘察、气象观测等多种任务。常见的有效载荷包括红外扫描仪、合成孔径雷达、可见光电荷耦合器件(CCD，ChargeCoupledDevice)相机等，卫星的有效载荷因不同的任务而有所差异。随着卫星技术的快速发展以及对卫星功能的需求，卫星载荷的种类呈现出多样化的趋势。部分卫星由于任务要求需要进行扫描操作，携带了大惯量旋转载荷，旋转载荷对卫星的姿态控制方法和控制精度提出了更高的要求和挑战。目前，卫星姿态控制系统设计技术比较成熟，但对具有大惯量旋转载荷卫星的控制方法的研究较少。相比于传统的卫星，具有大惯量旋转载荷的卫星存在静不平衡量，静不平衡量为由于旋转载荷质心和卫星本体质心偏离旋转轴而产生；静不平衡量导致旋转载荷和卫星本体存在动力学耦合作用，从而影响卫星的姿态稳定，无法满足载荷对于姿态控制精度和稳定度的要求。因此，如何提高大惯量旋转载荷的卫星的姿态控制的控制精度，提供卫星稳定度，是亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制方法和装置，能实现大惯量旋转载荷的卫星的姿态控制，保持卫星姿态稳定。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术实施例提供了一种带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制方法，所述方法包括：测量旋转载荷相对于卫星平台的相对运动参数；将所述相对运动参数输入到预设的静不平衡干扰力矩模型，得到所述旋转载荷作用于所述卫星平台的静不平衡干扰力矩；根据所述静不平衡干扰力矩，控制所述卫星平台的姿态。上述方案中，所述根据所述静不平衡干扰力矩，控制所述卫星平台的姿态，包括：确定所述卫星平台的第一姿态控制力矩；利用所述静不平衡干扰力矩补偿所述第一姿态控制力矩，得到所述卫星平台的第二姿态控制力矩；利用所述第二姿态控制力矩，控制所述卫星平台的姿态。上述方案中，所述方法还包括：测量所述卫星平台的实际姿态参数；比较所述卫星平台的实际姿态参数与期望姿态参数，获得姿态偏差；所述确定所述卫星平台的第一姿态控制力矩，包括：根据所述姿态偏差生成所述第一姿态控制力矩。上述方案中，所述比较所述实际姿态参数与期望姿态参数，获得姿态偏差，包括：比较实际姿态角与期望姿态角得到姿态偏差角；和/或，比较实际角速度与期望角速度得到角速度偏差。上述方案中，所述根据所述姿态偏差生成所述第一姿态控制力矩，包括：将所述姿态偏差输入到比例微分控制策略，得到所述第一姿态控制力矩。上述方案中，所述将所述相对运动参数输入到预设的静不平衡干扰力矩模型，得到所述旋转载荷作用于所述卫星平台的静不平衡干扰力矩，包括：利用如下公式计算所述静不平衡干扰力矩；其中，Tx表示所述旋转载荷作用在卫星平台滚转轴的干扰力矩，Ty表示所述旋转载荷作用在卫星平台俯仰轴的干扰力矩，Tz表示所述旋转载荷作用在卫星平台偏航轴的干扰力矩，μ表示所述旋转载荷与旋转轴的摩擦系数，D表示所述旋转轴的直径，m表示所述旋转载荷质量，M表示所述卫星平台的质量，l表示所述卫星平台的质心到所述旋转载荷旋转平面的距离，α表示所述旋转载荷质心偏心角度，β表示所述旋转载荷相对于所述卫星平台旋转的角度；ωr表示所述旋转载荷旋转的角速度。本专利技术实施例还提供了一种带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制装置，所述装置包括：测量模块，确定模块和控制模块；其中，所述测量模块，用于测量旋转载荷相对于卫星平台的相对运动参数；所述确定模块，用于将所述相对运动参数输入到预设的静不平衡干扰力矩模型，得到所述旋转载荷作用于所述卫星平台的静不平衡干扰力矩；所述控制模块，用于根据所述静不平衡干扰力矩，控制所述卫星平台的姿态。上述方案中，所述控制模块，具体用于：确定所述卫星平台的第一姿态控制力矩；利用所述静不平衡干扰力矩补偿所述第一姿态控制力矩，得到所述卫星平台的第二姿态控制力矩；利用所述第二姿态控制力矩，控制所述卫星平台的姿态；所述控制模块还用于：测量所述卫星平台的实际姿态参数；比较所述卫星平台的实际姿态参数与期望姿态参数，获得姿态偏差；根据所述姿态偏差生成所述第一姿态控制力矩。所述姿态偏差包括：比较实际姿态角与期望姿态角得到姿态偏差角；和/或，比较实际角速度与期望角速度得到角速度偏差。上述方案中，所述控制模块，具体用于：将所述姿态偏差输入到比例微分控制策略，得到所述第一姿态控制力矩。上述方案中，所述确定模块利用如下公式计算所述静不平衡干扰力矩；其中，Tx表示所述旋转载荷作用在卫星平台滚转轴的干扰力矩，Ty表示所述旋转载荷作用在卫星平台俯仰轴的干扰力矩，Tz表示所述旋转载荷作用在卫星平台偏航轴的干扰力矩，μ表示所述旋转载荷与旋转轴的摩擦系数，D表示所述旋转轴的直径，m表示所述旋转载荷质量，M表示所述卫星平台的质量，l表示所述卫星平台的质心到所述旋转载荷旋转平面的距离，α表示所述旋转载荷质心偏心角度，β表示所述旋转载荷相对于所述卫星平台旋转的角度；ωr表示所述旋转载荷旋转的角速度。本专利技术实施例所提供的带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制方法和装置，测量旋转载荷相对于卫星平台的相对运动参数；将所述相对运动参数输入到预设的静不平衡干扰力矩模型，得到所述旋转载荷作用于所述卫星平台的静不平衡干扰力矩；根据所述静不平衡干扰力矩，控制所述卫星平台的姿态。如此，在对卫星平台进行姿态控制时，加入对大惯量旋转载荷的静不平衡干扰力矩的补偿，从而提高大惯量旋转载荷卫星的姿态控制的控制精度，提高卫星稳定度。附图说明图1为本专利技术实施例带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例卫星平台和旋转载荷模型示意图；图3为本专利技术实施例卫星姿态角速度变化曲线示意图；图4为本专利技术实施例卫星姿态角速度变化曲线局部放大示意图；图5为本专利技术实施例卫星姿态角变化曲线示意图；图6为本专利技术实施例卫星姿态角变化曲线局部放大示意图；图7为本专利技术实施例卫星控制力矩变化曲线示意图；图8为本专利技术实施例卫星控制力矩变化曲线局部放大示意图；图9为本专利技术实施例姿态控制装置组成结构示意图。具体实施方式本专利技术实施例中，测量旋转载荷相对于卫星平台的相对运动参数；将所述相对运动参数输入到预设的静不平衡干扰力矩模型，得到所述旋转载荷作用于所述卫星平台的静不平衡干扰力矩；根据所述静不平衡干扰力矩，控制所述卫星平台的姿态。本专利技术实施例提供的带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制方法，如图1所示，所述方法包括：步骤101：测量旋转载荷相对于卫星平台的相对运动参数；这里，所述旋转载荷为可以是卫星平台上的红外扫描仪、合成孔径雷达、可见光CCD相机等工作时进行旋转的载荷；尤其是自身质量不小于卫星平台质量一半的大惯量旋转载荷。首先，可以由卫星平台上的中央处理器等控制部件获取旋转载荷相对于卫星平台的相对运动参数；所述相对运动参数包括：旋转载荷与旋转轴的摩擦系数、卫星平台质心到旋转载荷旋转平面的距离、旋转载荷质心偏心角度、旋转载荷与旋转轴的摩擦系数，旋转载荷相对卫星平台旋转的角度和旋转载荷旋转的角速度等旋转载荷在卫星平台进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，所述方法包括：测量旋转载荷相对于卫星平台的相对运动参数；将所述相对运动参数输入到预设的静不平衡干扰力矩模型，得到所述旋转载荷作用于所述卫星平台的静不平衡干扰力矩；根据所述静不平衡干扰力矩，控制所述卫星平台的姿态。

【技术特征摘要】
1.一种带有旋转载荷的卫星平台的姿态控制方法，其特征在于，所述方法包括：测量旋转载荷相对于卫星平台的相对运动参数；将所述相对运动参数输入到预设的静不平衡干扰力矩模型，得到所述旋转载荷作用于所述卫星平台的静不平衡干扰力矩；根据所述静不平衡干扰力矩，控制所述卫星平台的姿态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述静不平衡干扰力矩，控制所述卫星平台的姿态，包括：确定所述卫星平台的第一姿态控制力矩；利用所述静不平衡干扰力矩补偿所述第一姿态控制力矩，得到所述卫星平台的第二姿态控制力矩；利用所述第二姿态控制力矩，控制所述卫星平台的姿态。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：测量所述卫星平台的实际姿态参数；比较所述卫星平台的实际姿态参数与期望姿态参数，获得姿态偏差；所述确定所述卫星平台的第一姿态控制力矩，包括：根据所述姿态偏差生成所述第一姿态控制力矩。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述比较所述实际姿态参数与期望姿态参数，获得姿态偏差，包括：比较实际姿态角与期望姿态角得到姿态偏差角；和/或，比较实际角速度与期望角速度得到角速度偏差。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述姿态偏差生成所述第一姿态控制力矩，包括：将所述姿态偏差输入到比例微分控制策略，得到所述第一姿态控制力矩。6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述相对运动参数输入到预设的静不平衡干扰力矩模型，得到所述旋转载荷作用于所述卫星平台的静不平衡干扰力矩，包括：利用如下公式计算所述静不平衡干扰力矩；其中，Tx表示所述旋转载荷作用在卫星平台滚转轴的干扰力矩，Ty表示所述旋转载荷作用在卫星平台俯仰轴的干扰力矩，Tz表示所述旋转载荷作用在卫星平台偏航轴的干扰力矩，μ表示所述旋转载荷与旋转轴的摩擦系数，D表示所述旋转轴的直径，m表示所述旋转载荷质量，M表示所述卫星平台的质量，l表示所述卫星平台的质心到所述旋转载荷旋转平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，王驰，谢一菲，曹喜滨，希瑞辰，吴凡，叶东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23