一種適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法，該方法包含：建立傾斜軌道衛(wèi)星與太陽(yáng)位置關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，定量描述太陽(yáng)相對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；根據(jù)數(shù)學(xué)模型定義帆板驅(qū)動(dòng)誤差作為帆板驅(qū)動(dòng)控制的輸入；確定帆板捕獲控制的規(guī)律，使帆板找到太陽(yáng)；確定帆板跟蹤控制的規(guī)律，跟蹤太陽(yáng)實(shí)現(xiàn)帆板對(duì)日定向。本發(fā)明帆板驅(qū)動(dòng)規(guī)律與衛(wèi)星偏航機(jī)動(dòng)相結(jié)合，解決了傾斜軌道衛(wèi)星使用一維帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)日定向的問(wèn)題；針對(duì)衛(wèi)星正飛和倒飛兩種情況，能夠自主根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行判斷和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了在不同初始條件下太陽(yáng)帆板對(duì)太陽(yáng)的正確捕獲；針對(duì)衛(wèi)星正飛和倒飛兩種情況，實(shí)現(xiàn)了帆板對(duì)日定向的正向和反向驅(qū)動(dòng)控制。
【專利說(shuō)明】一種適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星太陽(yáng)帆板驅(qū)動(dòng)控制方法，具體涉及一種適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]傾斜軌道衛(wèi)星受到的太陽(yáng)光照射情況較復(fù)雜，太陽(yáng)會(huì)從軌道面的一側(cè)連續(xù)地運(yùn)動(dòng)到另一側(cè)，太陽(yáng)光與軌道面夾角(太陽(yáng)高度角β)會(huì)在-90°至90°之間連續(xù)地變化。即太陽(yáng)光相對(duì)衛(wèi)星星體的運(yùn)動(dòng)為二維運(yùn)動(dòng)，既有由于軌道運(yùn)動(dòng)造成的繞俯仰軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也有由于軌道進(jìn)動(dòng)造成的繞偏航軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為保證傾斜軌道衛(wèi)星獲取太陽(yáng)能源，帆板必須始終對(duì)日定向。對(duì)于二維運(yùn)動(dòng)，必須使用二維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)帆板實(shí)現(xiàn)二維跟蹤運(yùn)動(dòng)，但是二維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)尚未成熟，且成本較高，不利于目前衛(wèi)星的裝備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法，配合整星偏航機(jī)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)傾斜軌道上的帆板對(duì)日定向。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法，其特點(diǎn)是，該方法包含:
建立傾斜軌道衛(wèi)星與太陽(yáng)位置關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，定量描述太陽(yáng)相對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 根據(jù)數(shù)學(xué)模型定義帆板驅(qū)動(dòng)誤差作為帆板驅(qū)動(dòng)控制的輸入；
確定帆板捕獲控制的規(guī)律，使帆板找到太陽(yáng)；
確定帆板跟蹤控制的規(guī)律，跟蹤太陽(yáng)實(shí)現(xiàn)帆板對(duì)日定向。
[0005]上述傾斜軌道衛(wèi)星與太陽(yáng)位置關(guān)系的數(shù)學(xué)模型包含:
定義衛(wèi)星處于一個(gè)軌道坐標(biāo)系XOZ中，包含Xo軸、Yo軸和Zo軸，衛(wèi)星軌道系原點(diǎn)為Oo，衛(wèi)星位于該坐標(biāo)系的原點(diǎn)；
定義另一個(gè)三維坐標(biāo)系稱為衛(wèi)星本體坐標(biāo)系，衛(wèi)星本體坐標(biāo)系原點(diǎn)為Ob, Ob與衛(wèi)星軌道系原點(diǎn)Oo重合,衛(wèi)星本體坐標(biāo)系包含Xb軸、Yb軸和Zb軸；
衛(wèi)星正飛情況下，衛(wèi)星本體坐標(biāo)系與軌道坐標(biāo)系重合；衛(wèi)星倒飛情況下，衛(wèi)星本體坐標(biāo)系與軌道坐標(biāo)系關(guān)于軌道坐標(biāo)系的偏航軸Zo軸和衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的偏航軸Zb軸反對(duì)稱；定義一個(gè)從衛(wèi)星指向太陽(yáng)的矢量為太陽(yáng)矢量Vsun ；
太陽(yáng)矢量在軌道坐標(biāo)系XOZ平面的投影Vsp在XOZ平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)代表著太陽(yáng)相對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)；
投影Vsp在軌道坐標(biāo)系XOZ面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)為以軌道角速度wO繞軌道坐標(biāo)系Y軸正方向的勻速圓周運(yùn)動(dòng)；
投影Vsp與軌道坐標(biāo)系X軸的夾角稱為軌道系太陽(yáng)高低角定義帆板法線矢量為垂直帆板電池面指向太陽(yáng)的矢量Vfb ;帆板法線矢量Vfb的運(yùn)動(dòng)代表了帆板的運(yùn)動(dòng)；
帆板安裝在衛(wèi)星兩側(cè)，帆板轉(zhuǎn)軸方向與衛(wèi)星軌道系的Y軸平行，帆板法線矢量的運(yùn)動(dòng)為繞衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的Y軸的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度的方向和大小由帆板捕獲和驅(qū)動(dòng)控制規(guī)律確定。
[0006]上述定義帆板驅(qū)動(dòng)誤差包含:
當(dāng)帆板法線矢量與軌道坐標(biāo)系X軸正方向重合時(shí)對(duì)應(yīng)的帆板轉(zhuǎn)角為0°，則該位置稱為帆板驅(qū)動(dòng)零位；在衛(wèi)星帆板到達(dá)驅(qū)動(dòng)零位時(shí)，帆板法線與衛(wèi)星軌道系的+X軸重合，此時(shí)刻的軌道系太陽(yáng)高低角4的大小表征了帆板法線矢量與太陽(yáng)投影矢量Vsp的夾角，該夾角定義為帆板驅(qū)動(dòng)誤差Θ ；
其中，驅(qū)動(dòng)誤差Θ的極性定義為:
當(dāng)Vspz < O,即太陽(yáng)從-Z方向照射星體時(shí)，Θ <0;
當(dāng)Vspz≥O,即太陽(yáng)從+Z方向照射星體時(shí)，Θ≥O;
Vspz為太陽(yáng)矢量在軌道坐標(biāo)系XOZ平面的投影Vsp在軌道坐標(biāo)系Z軸的投影。
[0007]上述帆板捕獲控制規(guī)律包含:
控制帆板的運(yùn)動(dòng)使帆板法線矢量Vfb與太陽(yáng)投影矢量Vsp重合；
根據(jù)帆板驅(qū)動(dòng)誤差Θ的大小和方向，以及太陽(yáng)相對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方向確定出帆板的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω fs，從而求得捕獲時(shí)間T ；
當(dāng)捕獲開始時(shí)，帆板以0.6° /s的速度以正確的捕獲方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行帆板捕獲計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到T時(shí)停止，則捕獲成功。
[0008]上述捕獲方向的確定包含:
若帆板驅(qū)動(dòng)誤差Θ≥0，則反向捕獲；反之，則正向捕獲。
[0009]捕獲角速度確定方法包含:

【權(quán)利要求】
1.一種適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法，其特征在于，該方法包含: 建立傾斜軌道衛(wèi)星與太陽(yáng)位置關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，定量描述太陽(yáng)相對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 根據(jù)數(shù)學(xué)模型定義帆板驅(qū)動(dòng)誤差作為帆板驅(qū)動(dòng)控制的輸入； 確定帆板捕獲控制的規(guī)律，使帆板找到太陽(yáng)； 確定帆板跟蹤控制的規(guī)律，跟蹤太陽(yáng)實(shí)現(xiàn)帆板對(duì)日定向。
2.如權(quán)利要求1所述的適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法，其特征在于，所述傾斜軌道衛(wèi)星與太陽(yáng)位置關(guān)系的數(shù)學(xué)模型包含: 定義衛(wèi)星處于一個(gè)軌道坐標(biāo)系XOZ中，包含Xo軸、Yo軸和Zo軸，衛(wèi)星軌道系原點(diǎn)為Oo，衛(wèi)星位于該坐標(biāo)系的原點(diǎn)； 定義另一個(gè)三維坐標(biāo)系稱為衛(wèi)星本體坐標(biāo)系，衛(wèi)星本體坐標(biāo)系原點(diǎn)為Ob, Ob與衛(wèi)星軌道系原點(diǎn)Oo重合,衛(wèi)星本體坐標(biāo)系包含Xb軸、Yb軸和Zb軸； 衛(wèi)星正飛情況下，衛(wèi)星本體坐標(biāo)系與軌道坐標(biāo)系重合；衛(wèi)星倒飛情況下，衛(wèi)星本體坐標(biāo)系與軌道坐標(biāo)系關(guān)于軌道坐標(biāo)系的偏航軸Zo軸和衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的偏航軸Zb軸反對(duì)稱；定義一個(gè)從衛(wèi)星指向太陽(yáng)的矢量為太陽(yáng)矢量Vsun ； 太陽(yáng)矢量在軌道坐標(biāo)系XOZ平面的投影Vsp在XOZ平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)代表著太陽(yáng)相對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)； 投影Vsp在軌道坐標(biāo)系XOZ面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)為以軌道角速度wO繞軌道坐標(biāo)系Y軸正方向的勻速圓周運(yùn)動(dòng)； 投影Vsp與軌道坐標(biāo)系X軸的夾角稱為軌道系太陽(yáng)高低角& ； 定義帆板法線矢量為垂直帆板電池面指向太陽(yáng)的矢量Vfb ;帆板法線矢量Vfb的運(yùn)動(dòng)代表了帆板的運(yùn)動(dòng)； 帆板安裝在衛(wèi)星兩側(cè)，帆板轉(zhuǎn)軸方向與衛(wèi)星軌道系的Y軸平行，帆板法線矢量的運(yùn)動(dòng)為繞衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的Y軸的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度的方向和大小由帆板捕獲和驅(qū)動(dòng)控制規(guī)律確定。
3.如權(quán)利要求2所述的適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法，其特征在于，所述定義帆板驅(qū)動(dòng)誤差包含: 當(dāng)帆板法線矢量與軌道坐標(biāo)系X軸正方向重合時(shí)對(duì)應(yīng)的帆板轉(zhuǎn)角為0°，則該位置稱為帆板驅(qū)動(dòng)零位；在衛(wèi)星帆板到達(dá)驅(qū)動(dòng)零位時(shí)，帆板法線與衛(wèi)星軌道系的+X軸重合，此時(shí)刻的軌道系太陽(yáng)高低角&的大小表征了帆板法線矢量與太陽(yáng)投影矢量Vsp的夾角，該夾角定義為帆板驅(qū)動(dòng)誤差Θ ； 其中，驅(qū)動(dòng)誤差Θ的極性定義為: 當(dāng)Vspz < O,即太陽(yáng)從-Z方向照射星體時(shí)，Θ <0; 當(dāng)Vspz彡O,即太陽(yáng)從+Z方向照射星體時(shí)，Θ彡O; Vspz為太陽(yáng)矢量在軌道坐標(biāo)系XOZ平面的投影Vsp在軌道坐標(biāo)系Z軸的投影。
4.如權(quán)利要求2所述的適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法，其特征在于，所述帆板捕獲控制規(guī)律包含: 控制帆板的運(yùn)動(dòng)使帆板法線矢量Vfb與太陽(yáng)投影矢量Vsp重合； 根據(jù)帆板驅(qū)動(dòng)誤差Θ的大小和方向，以及太陽(yáng)相對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方向確定出帆板的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Ofs，從而求得捕獲時(shí)間T ； 當(dāng)捕獲開始時(shí)，帆板以0.6° /s的速度以正確的捕獲方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行帆板捕獲計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到T時(shí)停止，則捕獲成功。
5.如權(quán)利要求4所述的適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法，其特征在于，所述捕獲方向的確定包含: 若帆板驅(qū)動(dòng)誤差Θ彡0，則反向捕獲；反之，則正向捕獲； 捕獲角速度確定方法包含:
[I 正向捕「I 0°偏置 定義:c.= I和FlagVGl=-
辦 [-1 反向捕1-1 180°偏置 其中，Cpon為捕獲方向標(biāo)志，F(xiàn)lagVel為衛(wèi)星偏置標(biāo)志； 則捕獲角速度《fs按照式(I)計(jì)算:
= \sign(Cpm) ■ Oif - sign{Flag Vel").1 (I) 則捕獲時(shí)間T按照式(2)計(jì)算: T= θ /ω?3(2) 其中= 0.&; / J為帆板捕獲角速度，為衛(wèi)星軌道角速度。
6.如權(quán)利要求4所述的適應(yīng)傾斜軌道衛(wèi)星的帆板雙向控制方法，其特征在于，所述帆板跟蹤控制的規(guī)律包含: 判斷出帆板驅(qū)動(dòng)誤差和極性，然后帆板快速捕獲太陽(yáng)，使帆板法線與太陽(yáng)投影矢量重合；捕獲成功后，帆板進(jìn)入跟蹤模式，將根據(jù)驅(qū)動(dòng)誤差調(diào)整帆板轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)日定向跟蹤； 帆板驅(qū)動(dòng)誤差Θ >0時(shí)，帆板轉(zhuǎn)動(dòng)角速度在軌道角速度的基礎(chǔ)上減速；帆板驅(qū)動(dòng)誤差Θ〈O時(shí)，帆板轉(zhuǎn)動(dòng)角速度在軌道角速度的基礎(chǔ)上加速；帆板驅(qū)動(dòng)誤差Θ =0時(shí)，則不進(jìn)行加速或減速，帆板以軌道角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK104181941SQ201410441924
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】豐保民, 朱虹, 葉立軍, 萬(wàn)海音, 陳占勝, 徐峰, 修艷紅, 冒海飛 申請(qǐng)人:上海新躍儀表廠