一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法，属于卫星姿态机动控制技术领域。该方法主要是针对卫星姿态控制时所采用的动量轮，提高卫星动量轮组的角动量输出，理论上能够达到动量轮组角动量的最大包络面。本发明专利技术采用动量轮力矩动态分配和角动量反馈跟踪方法，从而提高动量轮组角动量输出能力。相比动量轮系通常采用的伪逆分配方法，采用本发明专利技术的方法可有效扩大动量轮系的角动量包络，大幅提高轮控卫星姿态机动能力。

A torque distribution method for momentum wheels with the largest angular momentum envelope

The invention relates to a momentum wheel drive torque distribution method with maximum angular momentum envelope, belonging to the technical field of satellite attitude maneuver control. This method is mainly aimed at the momentum wheels used in satellite attitude control to improve the angular momentum output of the satellite momentum wheels and theoretically achieve the maximum envelope of angular momentum of the momentum wheels. The invention adopts the dynamic distribution of momentum wheel torque and the angular momentum feedback tracking method, thereby improving the angular momentum output capacity of the momentum wheel group. Compared with the pseudo-inverse distribution method commonly adopted by momentum gear train, the angular momentum envelope of momentum gear train can be effectively enlarged by adopting the method, and the attitude maneuverability of the wheel-controlled satellite can be greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法
本专利技术涉及一种具有最大角动量包络的卫星动量轮驱动力矩分配方法，属于卫星姿态机动控制

技术介绍
当前在轨卫星通常采用动量轮组合进行高稳定度姿态控制，通过非共轴安装的动量轮组输出三轴姿控力矩实现卫星的姿态稳定和姿态机动。然而，目前控制力矩由三维空间到轮系空间多采用伪逆方式进行力矩分配，尽管该方法具有能量最优的特性，但也导致某一动量轮力矩输出较大，角动量积累过快，从而限制了整个动量轮组合的输出能力，无法达到轮系的最大角动量包络面。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：针对现有力矩分配技术的不足，提出一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法，通过动量轮的电压动态分配技术，大幅提升轮系的输出能力，理论上能够达到轮系的最大角动量包络面。本专利技术的技术解决方案是：一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法，该方法包括如下步骤：(1.1)、根据动量轮的偏置角动量和安装矩阵，计算动量轮组的最大包络面；(1.2)、根据控制力矩输出需求Tc，确定控制力矩方向上的最大角动量包络面；(1.3)、由控制力矩与控制力矩方向上的最大角动量包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法，其特征在于包括如下步骤：(1.1)、根据动量轮的偏置角动量和安装矩阵，计算动量轮组的最大包络面；(1.2)、根据控制力矩输出需求Tc，确定控制力矩方向上的最大角动量包络面；(1.3)、由控制力矩与控制力矩方向上的最大角动量包络面的交点，确定动量轮组在控制力矩方向上的最大角动量Hmax；(1.4)、计算动量轮组在控制力矩方向上的最大角动量Hmax所对应各动量轮的极限角动量Hlmt＝[H1,H2,..,Hn]T，n为动量轮组的动量轮个数；(1.5)、求解在控制力矩方向上动量轮组可输出的最大力矩||T||；(1.6)、取比例系数

【技术特征摘要】
1.一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法，其特征在于包括如下步骤：(1.1)、根据动量轮的偏置角动量和安装矩阵，计算动量轮组的最大包络面；(1.2)、根据控制力矩输出需求Tc，确定控制力矩方向上的最大角动量包络面；(1.3)、由控制力矩与控制力矩方向上的最大角动量包络面的交点，确定动量轮组在控制力矩方向上的最大角动量Hmax；(1.4)、计算动量轮组在控制力矩方向上的最大角动量Hmax所对应各动量轮的极限角动量Hlmt＝[H1,H2,..,Hn]T，n为动量轮组的动量轮个数；(1.5)、求解在控制力矩方向上动量轮组可输出的最大力矩||T||；(1.6)、取比例系数根据比例系数求解各动量轮控制力矩方向上分配的驱动力矩Twi：式中，Hmax0是动量轮标称最大角动量。2.根据权利要求1所述的一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法，其特征在于所述步骤(1.4)中，动量轮组在控制力矩方向上的最大角动量Hmax所对应各动量轮的极限角动量Hlmt＝[H1,H2,..,Hn]T的计算公式为：式中：式中，vij为除动量轮i和动量轮j外，其余n-2个动量轮饱和时在动量轮i和动量轮j构成的最大包络面上的合成角动量的方向矢量：其中，wk∈R3为动量轮k在整星质心坐标系下的安装方向；nij为动量轮i和动量轮j构成的最大包络面法向量，为含有偏置角动量的动量轮可以的输出的角动量，即其中，H0i为动量轮的偏置角动量。3.根据权利要求1所述的一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法，其特征在于所述步骤(1.5)在控制力矩方向上动量轮组可输出的最大力矩||T||的计算公式为：4.根据权利要求1所述的一种具有最大角动量包络的动量轮驱动力矩分配方法，其特征在于还包括如下步骤：(2.1)、根据每个角动量的分配力矩Twi，预测各动量轮在一个控制周期ΔT的角动量增量ΔHi为：ΔHi＝Twi·ΔT,i∈[1,n](2.2)、根据动量轮组具有的偏置角动量H0＝[H10,H20,..,Hn0]T和动量轮组在控制力矩方向上的最大角动量Hm...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆栋宁，雷拥军，李丽君，王淑一，陈超，王晋鹏，赵江涛，李晶心，吴宗哲，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11