專利名稱：一種適于帆板基頻較高衛(wèi)星的混合正弦機(jī)動(dòng)路徑引導(dǎo)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天器姿態(tài)控制領(lǐng)域，涉及一種撓性衛(wèi)星快速機(jī)動(dòng)時(shí)的路徑引導(dǎo)方法。
背景技術(shù)：
在衛(wèi)星快速機(jī)動(dòng)方面，為了增加成像幅寬、對(duì)突發(fā)事件地區(qū)實(shí)現(xiàn)即時(shí)觀測、或者進(jìn)行立體成像時(shí)，要求經(jīng)常性的側(cè)擺機(jī)動(dòng)與俯仰機(jī)動(dòng)。當(dāng)衛(wèi)星的機(jī)動(dòng)角度大、穩(wěn)定時(shí)間短、穩(wěn)定度指標(biāo)高時(shí)，機(jī)動(dòng)過程激起的帆板撓性振動(dòng)將成為制約機(jī)動(dòng)性能的主要因素。對(duì)于帆板基頻較低的衛(wèi)星，正弦機(jī)動(dòng)路徑能夠有效降低大角度機(jī)動(dòng)對(duì)撓性附件的激勵(lì)，獲得較高穩(wěn)定性。盡管正弦機(jī)動(dòng)路徑與時(shí)間最優(yōu)的Bang-Bang路徑相比，所需機(jī)動(dòng)到位時(shí)間要長，但對(duì)于帆板基頻較低的衛(wèi)星，正弦機(jī)動(dòng)路徑在降低帆板振動(dòng)方面取得的突出效益能夠包容機(jī)動(dòng)時(shí)間上的延緩。但是，對(duì)于基頻較高同時(shí)要求機(jī)動(dòng)到位時(shí)間較快的情況，完全采用正弦機(jī)動(dòng)路徑在帆板振動(dòng)較小方面取得的效果與犧牲機(jī)動(dòng)到位時(shí)間相比，對(duì)快速機(jī)動(dòng)性能的貢獻(xiàn)已經(jīng)不明顯了。因此需要針對(duì)基頻較高同時(shí)要求機(jī)動(dòng)到位時(shí)間較快的情況尋找新的解決方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好的基于正弦混合階躍曲線的衛(wèi)星機(jī)動(dòng)路徑引導(dǎo)方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種適于帆板基頻較高衛(wèi)星的混合正弦機(jī)動(dòng)路徑引導(dǎo)方法，步驟如下(1)根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)并穩(wěn)定的時(shí)間指標(biāo)確定機(jī)動(dòng)時(shí)間tmax ；(2)根據(jù)衛(wèi)星上所配置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能力確定最大機(jī)動(dòng)角加速度^iax ；(3)根據(jù)衛(wèi)星上所配置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)角動(dòng)量容量和敏感器量程確定最大機(jī)動(dòng)受限角速度ω·；(4)將衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)的路徑劃分成時(shí)間為Lt1 t2]的加速率遞增段、時(shí)間為[t2 t3]的勻加速段、時(shí)間為[t3 t4]加速率遞減段、時(shí)間為[t4 t5]的勻速滑行段、時(shí)間為 [t5 t6]的減速率遞增段、時(shí)間為[t6 t7]的勻減速段、時(shí)間為[t7 t8]的減速率遞減段，其
中、為衛(wèi)星機(jī)動(dòng)開始時(shí)間，
權(quán)利要求
1. 一種適于帆板基頻較高衛(wèi)星的混合正弦機(jī)動(dòng)路徑引導(dǎo)方法，其特征在于步驟如下(1)根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)并穩(wěn)定的時(shí)間指標(biāo)確定機(jī)動(dòng)時(shí)間tmax；(2)根據(jù)衛(wèi)星上所配置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能力確定最大機(jī)動(dòng)角加速度amax；(3)根據(jù)衛(wèi)星上所配置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)角動(dòng)量容量和敏感器量程確定最大機(jī)動(dòng)受限角速度ω ；max ‘(4)將衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)的路徑劃分成時(shí)間為Lt1t2]的加速率遞增段、時(shí)間為[t2 t3] 的勻加速段、時(shí)間為[t3 t4]加速率遞減段、時(shí)間為[t4 t5]的勻速滑行段、時(shí)間為[t5 t6]的減速率遞增段、時(shí)間為[t6 t7]的勻減速段、時(shí)間為[t7 t8]的減速率遞減段，其中、為衛(wèi)星機(jī)動(dòng)開始時(shí)間，t3 ='t5 =2n(t -^W-J^L)t7 = t6+AT,Γ T為正弦函數(shù)的周期，T的初始值為Z7ZVmax α_ max;f _ 4- ι_____ΙΙΙαΛ_IIlaX‘8 - ‘ 7 + "Τ '^,4π-2ΔΤ為勻加速時(shí)間，ΔΤ的初始值為^L_I，At為滑行時(shí)間，At的初始值為 max πJi — 2_籠,4Kl6-π{.(^"2Kax (冗一 2)歷max π~2 ^ ‘(5)根據(jù)正弦函數(shù)的周期Τ、最大機(jī)動(dòng)角加速度為^iax以及衛(wèi)星的勻加速時(shí)間ΔΤ、滑行時(shí)間At分別計(jì)算各段內(nèi)衛(wèi)星基于正弦混合階躍函數(shù)的姿態(tài)角加速度a，以及對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角速度ω和姿態(tài)角θ，其中(51)加速率遞增段，tcwsO-O), =α .τ (τ ( π 、、θ = ^— (t-tx)-—sm -{t-h)，其中θ d為機(jī)動(dòng)角度；如果按照初始值計(jì)算得到的 2^ V 2π \T JJΔΤ < 0，則更新Γ = ^^ , ΔΤ = O, At =-}；如果按照初始值計(jì)算得 maxamax^、2π )到的Τ+2 Δ T < Tmin，則更新T = Tmin，更新最大角加速度為= ^ψ-，Δ T = 0，At = O, Tmin為所能容忍的最短機(jī)動(dòng)時(shí)間；β T(52)勻加速段，a= ax，iy = ^^ + flmax(i—2)，2πθ = ^1^2 (f ~2) + amaxT(t _ ) + flmax ( )2 ,其中 T、ΔΤ、At 的取值同加速率遞增 %π22π2段；(2π( Τλλ(53)加速率遞減段，a= amaxsin — t-t3+~ ，Wv 4 JJOmavT (, (in ( τ\\= OmaxZir+ max l-cos — t-t·,+— ，max πT4Δη V V-iV ^JJJ
全文摘要
一種適于帆板基頻較高衛(wèi)星的混合正弦機(jī)動(dòng)路徑引導(dǎo)方法，在合理分配機(jī)動(dòng)時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間的基礎(chǔ)上，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的力矩和角動(dòng)量容量，設(shè)計(jì)先正后為零再為負(fù)再為零的角加速度曲線，取值為正和負(fù)的部分分別為半個(gè)周期的正弦曲線混合階躍函數(shù)。由于角加速度即保留了正弦機(jī)動(dòng)路徑對(duì)撓性帆板激勵(lì)較小的優(yōu)勢，同時(shí)又綜合了階躍函數(shù)時(shí)間最優(yōu)的特點(diǎn)，協(xié)調(diào)了機(jī)動(dòng)快速性和帆板激勵(lì)平緩性之間，特別適合大角度、快速、帆板基頻較高衛(wèi)星為了增加成像幅寬、對(duì)突發(fā)事件地區(qū)實(shí)現(xiàn)即時(shí)觀測、或立體成像快速機(jī)動(dòng)時(shí)的路徑規(guī)劃，滿足對(duì)帆板基頻較高衛(wèi)星快速、穩(wěn)定機(jī)動(dòng)性能的要求。
文檔編號(hào)G01C21/24GK102519473SQ201110409470
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者何英姿, 宗紅, 談樹萍, 雷擁軍, 魏春嶺 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所