一种卫星的姿态控制方法、装置及卫星制造方法及图纸

本申请实施例提供了一种卫星的姿态控制方法、装置及卫星，涉及航空航天技术领域，卫星上配置有在X轴上安装的第一磁力矩器、在Y轴上安装的第二磁力矩器和在Z轴上安装的反作用轮，上述方法包括：基于卫星的角速度误差、姿态角误差和预设角速度阈值，获得期望控制力矩；根据反作用轮的工作状态和期望控制力矩，调整第一磁力矩器的第一磁矩指令和第二磁力矩器的第二磁矩指令，以及调整反作用轮的控制力矩指令，以对卫星的姿态进行控制。应用本申请实施例提供的技术方案可以降低卫星沿对地方向的结构厚度，降低卫星发射成本。降低卫星发射成本。降低卫星发射成本。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星的姿态控制方法、装置及卫星


[0001]本申请涉及航空航天
，特别是涉及一种卫星的姿态控制方法、装置及卫星。

技术介绍

[0002]扁平式结构的卫星应用于低轨卫星互联网卫星星座中是当前一种很有潜力的发展方向。而为了保证对地通信的服务质量，卫星沿对地方向进行结构扁平化设计。目前卫星在轨飞行期间的姿态控制系统设计为4台反作用轮和3台磁力矩器，其中，4台反作用轮可以采用三正装一斜装或四斜装的安装方式，3台磁力矩器采用三正装的安装方式。基于上述反作用轮以及磁力矩器的安装方式，卫星沿对地方向的结构厚度受到反作用轮的轮体直径宽度和磁力矩器长度的限制，无法进一步降低，卫星构型无法实现极端扁平化，导致有限的火箭整流罩空间内无法实现更多卫星的堆叠，单次发射的卫星发射数量受到限制，发射成本无法进一步降低。

技术实现思路

[0003]本申请实施例的目的在于提供一种卫星的姿态控制方法、装置及卫星，以降低卫星沿对地方向的结构厚度，降低卫星发射成本。具体技术方案如下：
[0004]第一方面，本申请实施例提供了一种卫星的姿态控制方法，所述卫星上配置有在X轴上安装的第一磁力矩器、在Y轴上安装的第二磁力矩器和在Z轴上安装的反作用轮，所述方法包括：
[0005]基于所述卫星的角速度误差、姿态角误差和预设角速度阈值，获得期望控制力矩；
[0006]根据所述反作用轮的工作状态和所述期望控制力矩，调整所述第一磁力矩器的第一磁矩指令和第二磁力矩器的第二磁矩指令，以及调整所述反作用轮的控制力矩指令，以对所述卫星的姿态进行控制。
[0007]在一些实施例中，所述反作用轮的工作状态为卸载状态；
[0008]所述第一磁矩指令指示所述第一磁力矩器输出的磁矩为第一饱和磁矩，所述第一饱和磁矩为在X轴上最大输出磁矩分量；
[0009]所述第二磁矩指令指示所述第二磁力矩器输出的磁矩为第二饱和磁矩，所述第二饱和磁矩为在Y轴上最大输出磁矩分量；
[0010]所述控制力矩指令指示作用于所述反作用轮的控制力矩为第一控制力矩，所述第一控制力矩为恒定力矩，所述第一控制力矩用于卸载所述反作用轮的角动量。
[0011]在一些实施例中，所述反作用轮的工作状态为非卸载状态；
[0012]所述第一磁矩指令指示所述第一磁力矩器输出的磁矩为第一比例磁矩，所述第一比例磁矩为产生与在Y轴上所述期望控制力矩分量相同的力矩的磁矩；
[0013]所述第二磁矩指令指示所述第二磁力矩器输出的磁矩为第二比例磁矩，所述第二比例磁矩为产生与在X轴上所述期望控制力矩分量相同的力矩的磁矩；
[0014]所述控制力矩指令指示作用于所述反作用轮的控制力矩为第二控制力矩，所述第二控制力矩为在Z轴上所述期望控制力矩分量、所述第一比例磁矩产生的力矩和所述第二比例磁矩产生的力矩的和值。
[0015]在一些实施例中，当一个磁力矩器输出的磁矩达到饱和时，另一个磁力矩器输出的磁矩按照第一比例进行缩小；所述第一比例为安装所述一个磁力矩器的轴上所述期望控制力矩分量与安装所述另一个磁力矩器的轴上所述期望控制力矩分量的比例；
[0016]所述第二控制力矩为在Z轴上所述期望控制力矩分量缩小第二比例后的值、所述第一比例磁矩产生的第一力矩和所述第二比例磁矩产生的第二力矩的和值，所述第二比例为安装所述另一个磁力矩器的轴上所述一个磁力矩器产生的力矩与所述期望控制力矩分量的比例。
[0017]在一些实施例中，所述方法还包括：
[0018]根据当前控制周期内所述反作用轮的角动量、预设最大角动量和预设最小角动量，确定下一个控制周期内所述反作用轮的工作状态。
[0019]在一些实施例中，所述根据当前控制周期内所述反作用轮的角动量、预设最大角动量和预设最小角动量，确定下一个控制周期内所述反作用轮的工作状态的步骤，包括：
[0020]当当前控制周期内所述反作用轮的角动量的绝对值大于预设最大角动量时，确定下一个控制周期内所述反作用轮的工作状态为卸载状态；
[0021]当当前控制周期内所述反作用轮的角动量的绝对值小于预设最小角动量时，确定下一个控制周期内所述反作用轮的工作状态为非卸载状态；
[0022]当当前控制周期内所述反作用轮的角动量的绝对值大于等于所述预设最小角动量，且小于等于所述预设最大角动量时，确定下一个控制周期内所述反作用轮的工作状态为当前控制周期内所述反作用轮的工作状态。
[0023]在一些实施例中，所述角速度误差和所述姿态角误差利用姿态动力学模型和姿态运动学模型获得。
[0024]在一些实施例中，当所述卫星的当前角速度大于预设角速度阈值时，所述期望控制力矩根据第一预设三阶对角系数矩阵和所述角速度误差确定；
[0025]当所述卫星的当前角速度小于等于预设角速度阈值时，所述期望控制力矩根据第一预设三阶对角系数矩阵、第二预设三阶对角系数矩阵、所述角速度误差和所述姿态角误差确定。
[0026]第二方面，本申请实施例提供了一种卫星的姿态控制装置，所述卫星上配置有在X轴上安装的第一磁力矩器、在Y轴上安装的第二磁力矩器和在Z轴上安装的反作用轮，所述装置包括：
[0027]获得模块，用于基于所述卫星的角速度误差、姿态角误差和预设角速度阈值，获得期望控制力矩；
[0028]控制模块，用于根据所述反作用轮的工作状态和所述期望控制力矩，调整所述第一磁力矩器的第一磁矩指令和第二磁力矩器的第二磁矩指令，以及调整所述反作用轮的控制力矩指令，以对所述卫星的姿态进行控制。
[0029]在一些实施例中，所述反作用轮的工作状态为卸载状态；
[0030]所述第一磁矩指令指示所述第一磁力矩器输出的磁矩为第一饱和磁矩，所述第一
饱和磁矩为在X轴上最大输出磁矩分量；
[0031]所述第二磁矩指令指示所述第二磁力矩器输出的磁矩为第二饱和磁矩，所述第二饱和磁矩为在Y轴上最大输出磁矩分量；
[0032]所述控制力矩指令指示作用于所述反作用轮的控制力矩为第一控制力矩，所述第一控制力矩为恒定力矩，所述第一控制力矩用于卸载所述反作用轮的角动量。
[0033]在一些实施例中，所述反作用轮的工作状态为非卸载状态；
[0034]所述第一磁矩指令指示所述第一磁力矩器输出的磁矩为第一比例磁矩，所述第一比例磁矩为产生与在Y轴上所述期望控制力矩分量相同的力矩的磁矩；
[0035]所述第二磁矩指令指示所述第二磁力矩器输出的磁矩为第二比例磁矩，所述第二比例磁矩为产生与在X轴上所述期望控制力矩分量相同的力矩的磁矩；
[0036]所述控制力矩指令指示作用于所述反作用轮的控制力矩为第二控制力矩，所述第二控制力矩为在Z轴上所述期望控制力矩分量、所述第一比例磁矩产生的力矩和所述第二比例磁矩产生的力矩的和值。
[0037]在一些实施例中，当一个磁力矩器输出的磁矩达到饱和时，另一个磁力矩器输出的磁矩按照第一比例进行缩小；所述第一比例为安装所述一个磁力矩器的轴上所述期望控制力矩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星的姿态控制方法，其特征在于，所述卫星上配置有在X轴上安装的第一磁力矩器、在Y轴上安装的第二磁力矩器和在Z轴上安装的反作用轮，所述方法包括：基于所述卫星的角速度误差、姿态角误差和预设角速度阈值，获得期望控制力矩；根据所述反作用轮的工作状态和所述期望控制力矩，调整所述第一磁力矩器的第一磁矩指令和第二磁力矩器的第二磁矩指令，以及调整所述反作用轮的控制力矩指令，以对所述卫星的姿态进行控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反作用轮的工作状态为卸载状态；所述第一磁矩指令指示所述第一磁力矩器输出的磁矩为第一饱和磁矩，所述第一饱和磁矩为在X轴上最大输出磁矩分量；所述第二磁矩指令指示所述第二磁力矩器输出的磁矩为第二饱和磁矩，所述第二饱和磁矩为在Y轴上最大输出磁矩分量；所述控制力矩指令指示作用于所述反作用轮的控制力矩为第一控制力矩，所述第一控制力矩为恒定力矩，所述第一控制力矩用于卸载所述反作用轮的角动量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反作用轮的工作状态为非卸载状态；所述第一磁矩指令指示所述第一磁力矩器输出的磁矩为第一比例磁矩，所述第一比例磁矩为产生与在Y轴上所述期望控制力矩分量相同的力矩的磁矩；所述第二磁矩指令指示所述第二磁力矩器输出的磁矩为第二比例磁矩，所述第二比例磁矩为产生与在X轴上所述期望控制力矩分量相同的力矩的磁矩；所述控制力矩指令指示作用于所述反作用轮的控制力矩为第二控制力矩，所述第二控制力矩为在Z轴上所述期望控制力矩分量、所述第一比例磁矩产生的力矩和所述第二比例磁矩产生的力矩的和值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当一个磁力矩器输出的磁矩达到饱和时，另一个磁力矩器输出的磁矩按照第一比例进行缩小；所述第一比例为安装所述一个磁力矩器的轴上所述期望控制力矩分量与安装所述另一个磁力矩器的轴上所述期望控制力矩分量的比例；所述第二控制力矩为在Z轴上所述期望控制力矩分量缩小第二比例后的值、所述第一比例磁矩产生的第一力矩和所述第二比例磁矩产生的第二力矩的和值，所述第二比例为安装所述另一个磁力矩器的轴上所述一个磁力矩器产生的力矩与所述期望控制力矩分量的比例。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据当前控制周期内所述反作用轮的角动量、预设最大角动量和预设最小...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志强，张锐，徐晓帆，本立言，马二瑞，
申请(专利权)人：上海卫星互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：