本发明公开了一种固体微助推器阵列与磁扭力器联合控制方式,设计固体微推动器阵列优化打火模型,通过优化打火模型控制固体微推动器阵列对卫星进行大角度速率减振控制,直到卫星的角速率通过磁扭力器和固体微推动器阵列对卫星进行小角度减振联合控制,直到卫星角速率大于等于通过磁扭力器和固体微推动器阵列对卫星进行联合姿态捕获控制;通过设计MSPT打火模型设计,可以优化固体微推动器的打火,给出最优的打火组合,依照任务需求,将固体微助推器阵列和磁扭力器相结合进行联合控制,并分别通过理论推论和仿真实验证明了算法的有效性,可以减少卫星的姿态控制周期,提高控制精度,降低控制煤耗。
【技术领域】
本发明属于华硕姿态控制技术领域,尤其涉及固体微推动器阵列与磁扭力器联合控制方式。
【背景技术】
在单位企业里,微小卫星以其实现成本低,设计时间周期短等的快速响应能力应用在应急通讯、空间组网等领域。在院校教育中,其低成本、高集成的特点促使皮纳卫星可以挺好的融入创新与学习,对中学生的发展很有帮助,所以被好多学院所注重。当下已有多所学院的小卫星发射成功。皮纳卫星的姿态确定与控制系统(tion缩写为ADCS)为小卫星提供姿态控制能力,它由姿态敏感器、姿态控制执行器与姿控计算机组成。姿态敏感器配合姿控计算机可以提供卫星姿态信息,通过姿控计算机对陀螺仪、卫星导航接收机(GNSS)和磁强计、太阳敏感器、星敏感器等姿态敏感器采集的信息进行处理,解算出当前卫星的姿态,为姿态控制提供保障。
微型固体微加快器阵列的控制精度取决单个推动器的推力大小,而整体推动能力取决于于推动器的推力及阵列规模。当单个推动器推力较大时,姿态控制精度将难以保证;而推动器推力较小时,在完成大角度机动或多次机动任务中,须要的推动器规模庞大,无法达到帧率、体积等方面的限制。因而单独采用固体微加快器阵列进行姿态控制未能满足如好多实际飞行任务的需求,为充分借助微型固体微加快器的优势,仍需探究更好的组合姿态控制方式。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种固体微加快器阵列与磁扭力器联合控制方式,以磁扭力器作为主执行器,同时为充分发挥微型固体微加快器阵列的作用,提升控制效率,减少对卫星的姿态控制周期、提升控制精度、减少控制煤耗。
本发明采用以下技术方案:固体微加快器阵列与磁扭力器联合控制方式,具体包括以下步骤:
步骤1、设计固体微加快器阵列优化打火模型磁力矩器,通过优化打火模型控制固体微加快器阵列对卫星进行大角度速率减振控制,直到卫星的角速率
步骤2、基于控制律通过磁扭力器和固体微加快器阵列对卫星进行小角度减振联合控制,直到卫星角速率大于等于
其中,mb为磁扭力器形成的输出扭矩,K1、K2均为正定义系数矩阵,Bb表示本体系地磁场矢量,表示卫星在本体系内的真实角速率,tk表示固体微加快器阵列的工作时间点,k∈{1,2,…,M}磁力矩器,M为小于等于1的整数;Ak为固体微加快器阵列在小角度减振控制过程中每次工作形成的输出冲量;
步骤3、基于控制律通过磁扭力器和固体微加快器阵列对卫星进行联合姿态捕获控制;
其中,uc(t)为磁扭力器在捕获控制时的输出扭矩,udk为固体微加快器阵列在捕获控制时形成的输出冲量,kc为连续控制律增益,表示本体系磁场的斜对称矩阵、J为转动力矩矩阵,P1、P2均为元氏矩阵,θ(t)表示卫星在t时刻欧拉角,的行列式,kd为离散控制律增益,为卫星在时刻的欧拉角,为的行列式。
进一步地,固体微加快器阵列优化打火模型具体为: