分体式卫星在轨平台舱质量辨识方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种分体式卫星在轨平台舱质量辨识方法及系统，用于辨识卫星两舱分离后的平台舱质量。该辨识方法具体包括如下步骤：将分体式卫星两舱间重复锁紧机构断电，给两舱间磁浮作动器通电，产生大小已知的磁控力，驱动两舱运动；控制系统保持开环不控，采集两舱将位移传感器测量信息，根据解算模型得到两舱质心相对运动信息；对质心相对运动信息进行二次拟合，将拟合结果两次微分得到两舱质心的加速度信息；结合已知的舱间作用力、加速度信息和载荷舱质量信息，解算得到平台舱质量。该方法可为分体式卫星在轨推进剂剩余量评估、相对位置控制提供技术支撑。位置控制提供技术支撑。位置控制提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
分体式卫星在轨平台舱质量辨识方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种具有超高指向精度、超高稳定度(双超)卫星平台载荷舱的复合控制技术，具体地，涉及分体式卫星在轨平台舱质量辨识方法及系统。

技术介绍

[0002]未来先进航天器对姿态指向精度与稳定度的要求比目前水平高两个量级，传统采用载荷与平台固连式设计，两者动力学特性深度耦合，导致载荷双超指标难以实现，尽管采用主被动微振动抑制等方法取得了一定效果，但受限固连式设计的缺陷，双超指标难以实现。
[0003]“双超”卫星平台打破传统固连设计，采用非接触、高精度、无时延位移传感器实现仅安装安静部件的载荷舱与安装活动部件的平台舱分离，彻底消除微振动影响。改变传统以卫星平台为主的控制逻辑，首次采用“载荷舱主动，平台舱从动，两舱相对位置协同解耦控制”的全新方法，可实现载荷舱的双超精度。
[0004]两舱质量的精确辨识是实现两舱间高精度位置控制的前提。分体式卫星包含载荷舱和平台舱，载荷舱主要由载荷及其支撑结构组成。在轨质量不变，可在地面精确测量得到。平台舱包含推进剂，在轨将不断消耗，因此平台舱质量是变化的，需要通过在轨辨识得到。两舱质量在相对位置前馈控制中是重要输入量。因此有必要通过在轨标定的方法获取精确的两舱质量位置信息。
[0005]公开号为CN106249749A的专利文献“主从非接触双超卫星平台变质心变惯量姿态控制系统”，公开了一种主从非接触双超卫星平台变质心变惯量姿态控制系统，并没有解决两舱转动惯量位置精确辨识的技术难题。
[0006]公开号为CN109870272A的专利文献“基于动量守恒的航天器质量在轨辨识方法”，公开了一种基于动量守恒的航天器质量在轨辨识方法，但其研究对象为一体式卫星。
[0007]在文献[1][2][3][4]中，提出了基于不同算法的在轨航天器质量特性辨识方法，但其研究对象均为一体式卫星，不涉及且不适用于分体式卫星在分离状态下的质量特性辨识。
[0008][1]Bergmann EV,Walker BK,Levy D R.Mass property estimation for control of asymmetrical satellites[J].Journal of Guidance,Control and Dynamics,1987,10(2):483
‑
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‑
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line,gyro
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‑
property identification for thruster
‑
controlled spacecraft using recursive least squares[C]//Proceedings of the 45th Midwest Symposium on Circuits and Systems.Moffett Field,California,Ames Research Center，Aug.4
‑
7,2002
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‑
632

技术实现思路

[0012]针对两舱非接触式“双超”卫星平台载荷舱高精度姿态控制的需求，本专利技术的目的是提供一种新型分体式卫星在轨平台舱质量辨识方法及系统。
[0013]根据本专利技术的一个方面，提供一种新型分体式卫星在轨平台舱质量辨识方法，包括如下步骤：
[0014]驱动步骤：将分体式卫星两舱间重复锁紧机构断电，给两舱间磁浮作动器通电，产生大小已知的磁控力，驱动分体式卫星两舱运动；
[0015]采集步骤：使分体式卫星的控制系统保持开环不控，采集分体式卫星两舱的位移传感器测量信息，根据解算模型得到分体式卫星两舱质心相对运动信息；
[0016]拟合微分步骤：对分体式卫星两舱质心相对运动信息进行二次拟合，将拟合结果两次微分得到分体式卫星两舱质心的加速度信息；
[0017]平台舱质量解算步骤：结合已知的分体式卫星两舱间作用力、加速度信息和载荷舱质量信息，解算得到平台舱质量。
[0018]优选地，所述驱动步骤中，两舱间配置多台磁浮作动器，用于完成载荷舱三轴姿态控制和两舱间相对位置控制，发送开环指令使磁浮作动器组合输出舱间磁控力，设作用于平台舱的磁控力为F
cb
，则作用于载荷舱的磁控力为
‑
F
cb
，设在舱间磁控力的作用下，平台舱加速度为a
b
，载荷舱加速度为a
p
，设载荷舱质量为m
p
，平台舱质量m
b
为，则根据牛顿第二运动定律有
[0019][0020]设两舱间质心相对距离为P
CJ
，且假设两舱间磁控力驱使两舱间距离变大，则有
[0021][0022]式中，t为时间。
[0023]优选地，所述采集步骤中，设两舱间三轴相对姿态为三轴相对质心位移为[Δx Δy Δz]，设两舱间布置9台位移传感器A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2和C3用于相对位置测量，设测量值分别为[Δz
A1 Δz
A2 Δz
A3 Δy
B1 Δy
B2 Δy
B3 Δx
C1 Δx
C2 Δx
C3
]，设9台位移传感器在机械坐标系的安装位置为[x
i y
i z
i
],i＝A1,
…
C3，设在机械坐标系中的载荷舱质心位置为[x
pc y
pc z
pc
]，则有相对位置和相对姿态与位移传感器测量值的关系如下：
[0024][0025]设
[0026][0027]B＝[Δz
A1 Δz
A2 Δz
A3 Δy
B1 Δy
B2 Δy
B3 Δx
C1 Δx
C2 Δx
C3
]T
ꢀꢀ
公式5
[0028][0029]则有
[0030]A...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分体式卫星在轨平台舱质量辨识方法，其特征在于，包括：驱动步骤：将分体式卫星两舱间重复锁紧机构断电，给两舱间磁浮作动器通电，产生大小已知的磁控力，驱动分体式卫星两舱运动；采集步骤：使分体式卫星的控制系统保持开环不控，采集分体式卫星两舱的位移传感器测量信息，根据解算模型得到分体式卫星两舱质心相对运动信息；拟合微分步骤：对分体式卫星两舱质心相对运动信息进行二次拟合，将拟合结果两次微分得到分体式卫星两舱质心的加速度信息；平台舱质量解算步骤：结合已知的分体式卫星两舱间作用力、加速度信息和载荷舱质量信息，解算得到平台舱质量。2.根据权利要求1所述的分体式卫星在轨平台舱质量辨识方法，其特征在于，所述驱动步骤中，两舱间配置多台磁浮作动器，用于完成载荷舱三轴姿态控制和两舱间相对位置控制，发送开环指令使磁浮作动器组合输出舱间磁控力，设作用于平台舱的磁控力为F
cb
，则作用于载荷舱的磁控力为
‑
F
cb
，设在舱间磁控力的作用下，平台舱加速度为a
b
，载荷舱加速度为a
p
，设载荷舱质量为m
p
，平台舱质量m
b
为，则根据牛顿第二运动定律有设两舱间质心相对距离为P
CJ
，且假设两舱间磁控力驱使两舱间距离变大，则有式中，t为时间。3.根据权利要求2所述的分体式卫星在轨平台舱质量辨识方法，其特征在于，所述采集步骤中，设两舱间三轴相对姿态为三轴相对质心位移为[Δx Δy Δz]，设两舱间布置9台位移传感器A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2和C3用于相对位置测量，设测量值分别为[Δz
A1 Δz
A2 Δz
A3 Δy
B1 Δy
B2 Δy
B3 Δx
C1 Δx
C2 Δx
C3
]，设9台位移传感器在机械坐标系的安装位置为[x
i y
i z
i
],i＝A1,
…
C3，设在机械坐标系中的载荷舱质心位置为[x
pc y
pc z
pc
]，则有相对位置和相对姿态与位移传感器测量值的关系如下：
设B＝[Δz
A1 Δz
A2 Δz
A3 Δy
B1 Δy
B2 Δy
B3 Δx
C1 Δx
C2 Δx
C3
]
T
ꢀꢀꢀꢀ
公式5则有A
·
X＝B
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式7根据伪逆算法，得到伪逆解X＝A
T
·
(A
·
A
T
)
‑1·
B
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式8从而得到三轴相对姿态和相对位置，得到解算矩阵为M＝A
T
·
(A
·
A
T
)
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式9根据上述解算模型得到两舱间质心相对距离为P
CJ
，则有P
CJ
＝[Δx Δy Δz]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式10。4.根据权利要求3所述的分体式卫星在轨平台舱质量辨识方法，其特征在于，所述拟合微分步骤中，设两舱间质心相对距离为P
CJ_NH
，通过拟合得到P
CJ_NH
＝p1·
t2+p2·
t+p3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式11其中p1为二阶拟合系数，p2为一阶拟合系数，p3为常值系数，设两舱间相对运动的线加速度为a
CJ
，则有a
CJ
＝2p1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式12。5.根据权利要求4所述的分体式卫星在轨平台舱质量辨识方法，其特征在于，所述平台舱质量解算步骤中，在舱间磁控力F
cb
的作用下，两舱间相对运动的线加速度又表示为上式中，a
CJ
、F
cb
和m
p
均为已知量，因此得到平台舱质量为6.一种分体式卫星在轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪振强，边志强，赵艳彬，沈毅力，张健，李文峰，陈昌亚，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：