本發明涉及一種具有最大角動量包絡的動量輪驅動力矩分配方法，屬于衛星姿態機動控制技術領域。該方法主要是針對衛星姿態控制時所采用的動量輪，提高衛星動量輪組的角動量輸出，理論上能夠達到動量輪組角動量的最大包絡面。本發明采用動量輪力矩動態分配和角動量反饋跟蹤方法，從而提高動量輪組角動量輸出能力。相比動量輪系通常采用的偽逆分配方法，采用本發明的方法可有效擴大動量輪系的角動量包絡，大幅提高輪控衛星姿態機動能力。

技術領域

本發明涉及一種具有最大角動量包絡的衛星動量輪驅動力矩分配方法，屬于衛星姿態機動控制技術領域。

背景技術

當前在軌衛星通常采用動量輪組合進行高穩定度姿態控制，通過非共軸安裝的動量輪組輸出三軸姿控力矩實現衛星的姿態穩定和姿態機動。然而，目前控制力矩由三維空間到輪系空間多采用偽逆方式進行力矩分配，盡管該方法具有能量最優的特性，但也導致某一動量輪力矩輸出較大，角動量積累過快，從而限制了整個動量輪組合的輸出能力，無法達到輪系的最大角動量包絡面。

發明內容

本發明的技術解決問題是：針對現有力矩分配技術的不足，提出一種具有最大角動量包絡的動量輪驅動力矩分配方法，通過動量輪的電壓動態分配技術，大幅提升輪系的輸出能力，理論上能夠達到輪系的最大角動量包絡面。

本發明的技術解決方案是：一種具有最大角動量包絡的動量輪驅動力矩分配方法，該方法包括如下步驟：

(1.1)、根據動量輪的偏置角動量和安裝矩陣，計算動量輪組的最大包絡面；

(1.2)、根據控制力矩輸出需求T_c，確定控制力矩方向上的最大角動量包絡面；

(1.3)、由控制力矩與控制力矩方向上的最大角動量包絡面的交點，確定動量輪組在控制力矩方向上的最大角動量H_max；

(1.4)、計算動量輪組在控制力矩方向上的最大角動量H_max所對應各動量輪的極限角動量H_lmt＝[H₁,H₂,..,H_n]^T，n為動量輪組的動量輪個數；

(1.5)、求解在控制力矩方向上動量輪組可輸出的最大力矩||T||；

(1.6)、取比例系數根據比例系數求解各動量輪控制力矩方向上分配的驅動力矩T_wi：

式中，H_max0是動量輪標稱最大角動量。

所述步驟(1.4)中，動量輪組在控制力矩方向上的最大角動量H_max所對應各動量輪的極限角動量H_lmt＝[H₁,H₂,..,H_n]^T的計算公式為：

式中：

式中，v_ij為除動量輪i和動量輪j外，其余n-2個動量輪飽和時在動量輪i和動量輪j構成的最大包絡面上的合成角動量的方向矢量：

其中，w_k∈R³為動量輪k在整星質心坐標系下的安裝方向；n_ij為動量輪i和動量輪j構成的最大包絡面法向量，為含有偏置角動量的動量輪可以的輸出的角動量，即

其中，H_0i為動量輪的偏置角動量。