一种面向能源安全的太阳帆板主动控制及故障检测方法技术

本发明专利技术涉及一种面向能源安全的太阳帆板主动控制及故障检测方法，步骤包括：(1)设置帆板初始转动方向SDir为1，控制方式SMode为HOLD，控制计数器NSCounter为0，记标定点火次数k初始值为1，若允许帆板主动控制，则循环进行步骤(2)～步骤(6)；(2)计算帆板目标转角；(3)帆板转角测量跳变故障检测及处理；(4)根据帆板目标转角和采集的帆板测量转角，计算帆板转角偏差值；(5)根据转角偏差值，生成帆板分级驱动指令；(6)若禁止帆板主动控制，则退出计算流程；否则返回步骤(2)，k加1。本发明专利技术具有转角计数跳变故障自主检测能力，解决了转角计数跳变故障检测和处理问题。变故障检测和处理问题。变故障检测和处理问题。

【技术实现步骤摘要】
一种面向能源安全的太阳帆板主动控制及故障检测方法


[0001]本专利技术涉及一种面向能源安全的太阳帆板主动控制及故障检测方法，属于航天器控制领域。

技术介绍

[0002]正常状态下，地球静止轨道(GEO)卫星太阳帆板驱动控制方式一般按照运行轨道太阳方向变化规律，以固定的帆板转角变化速率，根据步进电机驱动周期，给出每个周期内固定的帆板转角变化量，以驱动帆板在运行轨道上匀速跟踪太阳。实际任务中，需要考虑帆板驱动机构(SADA)的非常规工况：包括遥控停转、遥控快速转动到位、转角偏置设置等，以及异常工况：包括转动机构堵转、空转、过零信号异常、转角计数异常等。
[0003]为此，必须完善太阳帆板转动主动控制及故障检测方法，提升卫星在轨运行的自主性、灵活性和可靠性，确保整星能源满足载荷及卫星平台各部件的工作需求，在极端情况下维持卫星能源安全。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种面向能源安全的太阳帆板主动控制及故障检测方法，用于自主完成帆板目标转角计算、SADA转动故障检测，以及转角主动控制，解决了帆板目标转角计算、帆板转角测量的故障检测和处理、帆板转角偏差计算及分级控制三个主要问题。
[0005]本专利技术解决技术的方案是：
[0006]一种面向能源安全的太阳帆板主动控制及故障检测方法，步骤包括：
[0007](1)设置帆板初始转动方向SDir为1，代表顺时针转动，控制方式SMode为HOLD，即保持方式，控制计数器NSCounter为0，记标定点火次数k初始值为1，若允许帆板主动控制，则循环进行步骤(2)～步骤(6)；
[0008](2)计算帆板目标转角；
[0009](3)帆板转角测量跳变故障检测及处理；
[0010](4)根据帆板目标转角和采集的帆板测量转角，计算帆板转角偏差值；
[0011](5)根据转角偏差值，生成帆板分级驱动指令；
[0012](6)若禁止帆板主动控制，则退出计算流程；否则返回步骤(2)，k加1。
[0013]进一步的，步骤(2)中，所述计算帆板目标转角的方法为：
[0014]采集轨道坐标系下的太阳方向矢量[Sox,Soy,Soz]和姿态转换矩阵C
bo
，计算本体坐标系下的太阳方向矢量：
[0015][0016]若k＝1，则帆板坐标系下的太阳方向矢量[Ssadax,Ssaday,Ssadaz]为：
[0017]Ssadax＝Sbx；
[0018]Ssaday＝Sby；
[0019]Ssadaz＝Sbz；
[0020]否则，进行矢量滤波计算，其中kSadaC为滤波系数：
[0021]Ssadax＝(1
‑
kSadaC)*Ssadax+kSadaC*Sbx；
[0022]Ssaday＝(1
‑
kSadaC)*Ssaday+kSadaC*Sby；
[0023]Ssadaz＝(1
‑
kSadaC)*Ssadaz+kSadaC*Sbz；
[0024]计算帆板目标转角Betab：
[0025]Betab＝arctan2(
‑
Ssadax,
‑
Ssadaz)*180/3.14159265359；
[0026]若(Betab<0)，则：
[0027]Betab＝360+Betab
[0028]若|Sb_saday|>0.9848，Sb_saday为太阳方向单位矢量在与帆板转轴方向的投影，则：
[0029]Betab＝βsada；
[0030]其中，βsada为帆板转角计数器测量值。
[0031]进一步的，步骤(3)中，所述帆板转角测量跳变故障检测及处理的方法为：
[0032]根据卫星
‑
太阳矢量与卫星本体Y轴的夹角阈值以及工作轨道范围，计算帆板转角在每个采数周期内的角度变化上限，以此给出帆板转角计数器测量的跳变阈值，超出此阈值的转角计数值认定为发生跳变。
[0033]进一步的，
[0034]若k＝1，则：
[0035]βsadaLst＝βsada，βsadaLst为上一采样周期的帆板转角测量值，
[0036]否则：
[0037]若|βsada
‑
βsadaLst|>1，则：
[0038]设置故障标志FTsada＝TRUE；
[0039]根据该帆板当前控制模式SMode，按照一个控制周期的角度增量，重新配置转角计数值βsada：
[0040]若SMode＝HOLD，则：
[0041]βsada＝βsadaLst
[0042]否则若SMode＝CRUISE，CRUISE含义为巡航方式，则：
[0043]βsada＝βsadaLst+SDir*Ts*0.0208；
[0044]否则：
[0045]βsada＝βsadaLst+SDir*Ts*0.1；Ts含义为帆板转角测量采样周期，
[0046]βsadaLst＝βsada。
[0047]进一步的，步骤(4)中，所述计算帆板转角偏差值Ysada的方法为：
[0048]Ysada＝Betab+Betabtc
–
βsada；
[0049]其中，Betabtc为帆板转角偏置量的偏移量，初值为0；
[0050]若Ysada>180，则：
[0051]Ysada＝Ysada
‑
360；
[0052]否则，若Ysada<
‑
180，则：
[0053]Ysada＝Ysada+360。
[0054]进一步的，步骤(5)中，所述生成帆板分级驱动指令的方法为：
[0055]根据转角偏差值设计帆板转角分级驱动指令，在帆板驱动机构电机能力范围内，满足帆板对日跟踪控制精度，同时确保平稳驱动。
[0056]进一步的，若SMode＝CRUISE，则
[0057]若SDir＝0，则进行以下判断：
[0058]若YSada>SCLIMIT3，则设置为增量方式：
[0059]SMode＝INCR，INCR含义为增量方式，
[0060]NSCounter＝47，NSCounter含义为帆板转角控制计数器，
[0061]否则，若YSada<
‑
SCLIMIT1，则设置为保持方式：
[0062]SMode＝HOLD
[0063]SDir＝1
[0064]若SDir＝1，则进行以下判断：
[0065]若YSada<
‑
SCLIMIT3，则设置为增量方式：
[0066]SM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向能源安全的太阳帆板主动控制及故障检测方法，其特征在于，步骤包括：(1)设置帆板初始转动方向SDir为1，代表顺时针转动，控制方式SMode为HOLD，即保持方式，控制计数器NSCounter为0，记标定点火次数k初始值为1，若允许帆板主动控制，则循环进行步骤(2)～步骤(6)；(2)计算帆板目标转角；(3)帆板转角测量跳变故障检测及处理；(4)根据帆板目标转角和采集的帆板测量转角，计算帆板转角偏差值；(5)根据转角偏差值，生成帆板分级驱动指令；(6)若禁止帆板主动控制，则退出计算流程；否则返回步骤(2)，k加1。2.根据权利要求1所述的一种面向能源安全的太阳帆板主动控制及故障检测方法，其特征在于，步骤(2)中，所述计算帆板目标转角的方法为：采集轨道坐标系下的太阳方向矢量[Sox,Soy,Soz]和姿态转换矩阵C
bo
，计算本体坐标系下的太阳方向矢量：若k＝1，则帆板坐标系下的太阳方向矢量[Ssadax,Ssaday,Ssadaz]为：Ssadax＝Sbx；Ssaday＝Sby；Ssadaz＝Sbz；否则，进行矢量滤波计算，其中kSadaC为滤波系数：Ssadax＝(1
‑
kSadaC)*Ssadax+kSadaC*Sbx；Ssaday＝(1
‑
kSadaC)*Ssaday+kSadaC*Sby；Ssadaz＝(1
‑
kSadaC)*Ssadaz+kSadaC*Sbz；计算帆板目标转角Betab：Betab＝arctan2(
‑
Ssadax,
‑
Ssadaz)*180/3.14159265359；若(Betab<0)，则：Betab＝360+Betab若|Sb_saday|>0.9848，Sb_saday为太阳方向单位矢量在与帆板转轴方向的投影，则：Betab＝βsada；其中，βsada为帆板转角计数器测量值。3.根据权利要求1所述的一种面向能源安全的太阳帆板主动控制及故障检测方法，其特征在于，步骤(3)中，所述帆板转角测量跳变故障检测及处理的方法为：根据卫星
‑
太阳矢量与卫星本体Y轴的夹角阈值以及工作轨道范围，计算帆板转角在每个采数周期内的角度变化上限，以此给出帆板转角计数器测量的跳变阈值，超出此阈值的转角计数值认定为发生跳变。4.根据权利要求3所述的一种面向能源安全的太阳帆板主动控制及故障检测方法，其特征在于，
若k＝1，则：βsadaLst＝βsada，βsadaLst为上一采样周期的帆板转角测量值，否则：若|βsada
‑
βsadaLst|>1，则：设置故障标志FTsada＝TRUE；根据该帆板当前控制模式SMode，按照一个控制周期的角度增量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，刘潇翔，石恒，何刚，范炜，李艳华，王佐伟，李建平，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：