一种利用卫星俯仰轴姿态机动卸载俯仰轴角动量的方法，本发明专利技术涉及航天器姿态控制技术领域。本发明专利技术是要解决现有方法使用装置卸载并且卸载装置昂贵的问题，提出一种利用卫星俯仰轴姿态机动卸载俯仰轴角动量的方法。步骤一、测量确定卫星需要卸载的俯仰轴角动量hun_y；步骤二、根据卫星转动惯量确定卫星所受到的重力梯度力矩；步骤三、估算卫星俯仰轴机动θm所需要的时间tend，以及机动过程中重力梯度力矩在俯仰轴积累的角动量hmanu；步骤四、根据hun_y与hmanu求解卫星需要机动的角度θm；步骤五、根据hun_y、hmanu与步骤四所确定的θm，计算需要保持该角度的时间thold；步骤六、确定保证卫星有足够角动量空间进行机动的卫星转动惯量分布形。本发明专利技术应用于航天器姿态控制技术领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天器姿态控制
，具体涉及利用卫星俯仰轴快速姿态机动卸载俯仰轴角动量方法。
技术介绍
具有快速机动能力的卫星能够在很短的时间内完成大角度的机动并能够精确的对目标进行跟踪。为了同时满足卫星机动快速性与精确性的要求，通常使用动量交换装置作为执行机构，同时卫星机动的快速性要求卫星的执行机构有足够的角动量空间，因此如何方便快捷的对卫星的执行机构进行卸载是一个值得研究的课题。通常情况卫星使用磁力矩器或者喷气装置卸载，磁力矩器虽然能够实时提供连续的卸载力矩，但是磁力矩器能够提供的卸载力矩比较小，如果卫星存在较大的干扰力矩利用磁力矩器进行卸载需要很长的时间，喷气装置卸载能够提供较大的卸载力矩，但是由于喷气装置消耗燃料寿命有限，对于长期运行的卫星不是很适合，另外，喷气装置也相对比较曰虫印贝ο
技术实现思路
本专利技术是要解决现有方法使用装置卸载并且卸载装置昂贵的问题，提出。，具体过程如下: 步骤一、测量确定卫星需要卸载的俯仰轴角动量hm—y,具体步骤为:测量每一个动量交换执行机构的角动量在本体坐标系的分量,将第i个动量交换执行机构角动量在本体坐标系的分量表示为#，由此可以得到所有动量交换执行机构的总角动量在俯仰轴的分量hm y，表达式为:权利要求1.，其特征在于具体过程如下: 步骤一、测量确定卫星需要卸载的俯仰轴角动量tv—y，具体步骤为: 测量每一个动量交换执行机构的角动量在本体坐标系的分量,将第i个动量交换执行机构角动量在本体坐标系的分量表示为Af，由此可以得到所有动量交换执行机构的总角动量在俯仰轴的分量y，表达式为:2.根据权利要求1所述的，其特征在于步骤三中求解卫星机动所需时间tend的具体过程为: 步骤三一:卫星机动的形式为:开始以最大力矩加速运动，当卫星转速达到《ymax后停止对卫星施加力矩，让卫星以《ymax角速度进行常速滚动，最后对卫星时间方向的最大力矩进行减速，保证卫星姿态角达到指定值，并且姿态角速度为O ; 步骤三二:根据卫星的机动形式、最大机动角速度Qymax以及卫星最大的角加速度aymax，可以估算出卫星加速段与加速段所用的时间为tl — tend-— ω ymax/aymax(9) 式中，&为卫星加速段所用时间，t2为卫星开始减速的时间； 步骤三三:卫星角速度与坐标轴围成的面积等于机动的姿态角θπ，从而可以得到表达式 t2 = 9 J W ymax ⑶) 最后，由式(9)与式(10)可得表达式 t j = ω / a + Θ / ω(U)。^endymax7 “ymaxm7 ymax\ 丄丄/ υ3.根据权利要求1所述的，其特征在于步骤四的具体过程为: 步骤四一:令重力梯度力矩的幅值取最大值，即θπ = 45°，计算卫星由0°机动到45°的过程中积累的角动量!^.(45° )，卫星由0°机动45°的过程中积累的角动量与卫星由45°机动0°的过程中积累的角动量相同，因此，当机动角度θπ = 45°的前提下，卫星机动过程中积累的角动量总和为2hmanu(45° )； 步骤四二:比较|2hmanu(45° ) I与Ihun yI的大小: 如果 |hmy| ≤ |2h_(45。) I 则取 θπ = 45° ; 如果Ihun yI < 2h_(45。)|，则θπ应满足方程:4.根据权利要求1所述的，其特征在于步骤六所述卫星转动惯量的分布形式的具体求解过程为:能够利用卫星俯仰轴姿态机动卸载俯仰轴角动量，需要卫星的惯量分布满足条件: (1)卫星能够提供足够大的重力梯度力矩，因此需要满足条件Iiz-1xI□ O ； (2)卫星有足够的角动量空间进行机动，即俯仰轴的机动不需要执行机构向角动量饱和的方向运动: 具体分析如下:如果卫星俯仰轴执行机构在俯仰轴有角动量>O并接近饱和值，此时需要卸载的角动量hm y < 0，此时卫星只能提供力矩-// > O (保证机动过程执行机构的角动量不增加)，此时卫 星只能机动到θ m > 0，为了保证th()ld > 0，根据公式(7)需要保证Iz < Ix ;同理如果<0同样可以推到出需要满足Iz < Ix ; 综合(I)与(2)可以得到适用于俯仰轴机动卸载俯仰轴角动量的卫星转动惯量的分布应满足条件Iz □ Ix。全文摘要，本专利技术涉及航天器姿态控制
本专利技术是要解决现有方法使用装置卸载并且卸载装置昂贵的问题，提出。步骤一、测量确定卫星需要卸载的俯仰轴角动量hun_y；步骤二、根据卫星转动惯量确定卫星所受到的重力梯度力矩；步骤三、估算卫星俯仰轴机动θm所需要的时间tend，以及机动过程中重力梯度力矩在俯仰轴积累的角动量hmanu；步骤四、根据hun_y与hmanu求解卫星需要机动的角度θm；步骤五、根据hun_y、hmanu与步骤四所确定的θm，计算需要保持该角度的时间thold；步骤六、确定保证卫星有足够角动量空间进行机动的卫星转动惯量分布形。本专利技术应用于航天器姿态控制
文档编号B64G1/24GK103231810SQ20131014811公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日专利技术者耿云海, 侯志立, 李诚良 申请人:哈尔滨工业大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用卫星俯仰轴姿态机动卸载俯仰轴角动量的方法，其特征在于具体过程如下：?步骤一、测量确定卫星需要卸载的俯仰轴角动量hun_y，具体步骤为：?测量每一个动量交换执行机构的角动量在本体坐标系的分量，将第i个动量交换执行机构角动量在本体坐标系的分量表示为由此可以得到所有动量交换执行机构的总角动量在俯仰轴的分量hun_y，表达式为：?式中，所述本体坐标系是本体坐标系oxbybzb与惯性主轴坐标系重合，原点在卫星的质心，各个坐标轴与卫星本体固连，本体坐标系oxbybzb中oxb为滚动轴，oyb为俯仰轴，ozb为偏航轴，符号b表示与本体坐标系有关的量；?是3×1的列阵，表示第i个动量交换执行机构角动量在本体坐标系的分量，表示所有执行机构角动量的总和在本体坐标系的分量，表示所有执行机构角动量的总和在本体坐标系俯仰轴的分量，hun_y为需要卸载的俯仰轴角动量大小，为本体坐标系的俯仰轴在本体坐标系的分量，n是执行机构的数量，i是大于0的整数；?步骤二、根据卫星转动惯量确定卫星所受到的重力梯度力矩：通常情况卫星的本体坐标系与惯量主轴坐标系重合，因此重力梯度力矩的表达式可以表示为：?式中，μ是地球引力常数，R表示卫星质心与地球质心的距离，表示卫星所受三轴重力梯度力矩在本体系的分量，Ix、Iy、Iz分别表示卫星滚动轴、俯仰轴、偏航轴所对应的主惯量，θ表示按3?2?1转序描述的滚动角与俯仰角；其中，所述3?2?1转序中3代表绕ozb转动，2代表绕oyb轴转动，1代表绕oxb转动。?步骤三、估算卫星俯仰轴机动θm所需要的时间tend，以及机动过程中重力梯度力矩在?俯仰轴积累的角动量hmanu；?卫星俯仰轴机动θm所用的时间可以表示为：?tend＝ωymax/aymax+θm/ωymax????(3)?式中，tend为卫星俯仰轴机动θm所用的时间，ωymax为卫星俯仰轴机动过程中的最大角速度，aymax卫星俯仰轴机动过程中的最大角加速度；?采用取机动过程重力梯度力矩平均值的方法估计hmanu，卸载前卫星处于三轴稳定状态，三轴所受重力梯度力矩均为0，机动θm角度后，仅俯仰轴受到重力梯度力矩作用，表达式为：?式中，表示重力梯度力矩在本体系俯仰轴的分量；?根据机动前后的平均重力梯度力矩可以估算机动过程中积累的角动量，表达式为：?步骤四、根据hun_y与hmanu求解卫星需要机动的角度θm；?步骤五、根据hun_y、hmanu与步骤四所确定的θm，计算需要保持该角度的时间thold：?由于卫星完成卸载后需要机动为三轴稳定状态，因此卫星在保持θm运动时积累的角动量应满足关系?因此可以求解出卫星保持θm的时间thold为：?步骤六、确定保证卫星有足够角动量空间进行机动的卫星转动惯量分布形式：?其具体需要满足的关系式为：?Iz□Ix????(8)?式中，符号□表示Ix远远大于Iz。?FDA00003104592100011.jpg,FDA00003104592100012.jpg,FDA00003104592100013.jpg,FDA00003104592100014.jpg,FDA00003104592100015.jpg,FDA00003104592100016.jpg,FDA00003104592100017.jpg,FDA00003104592100018.jpg,FDA00003104592100019.jpg,FDA00003104592100021.jpg,FDA00003104592100022.jpg,FDA00003104592100023.jpg,FDA00003104592100024.jpg,FDA00003104592100025.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：耿云海，侯志立，李诚良，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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