基于反作用飞轮和磁力矩器的小卫星姿态联合控制算法

吉林大学学报(工学版) ›› 2010, Vol. 40 ›› Issue (04): 1155-1160.

基于反作用飞轮和磁力矩器的小卫星姿态联合控制算法

陈闽^1,2,张世杰¹,张迎春¹

1.哈尔滨工业大学卫星技术研究所, 哈尔滨 150001；2.中国空间技术研究院总体部, 北京 100094

收稿日期:2008-06-07 出版日期:2010-07-01 发布日期:2010-07-01
通讯作者: 张世杰（1979-），男，副教授.研究方向:卫星姿态动力学与控制.E-mail:sjzhang@hit.edu.cn E-mail:sjzhang@hit.edu.cn
作者简介:陈闽（1975-）|男|高级工程师|博士研究生.研究方向:卫星姿轨控系统设计与仿真. E-mail:hitsat@hit.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(60704020);高等学校博士学科点专项科研基金项目(20070213068).

Combined attitude control method of small satellite using reaction wheels and magnetorquers

CHEN Min^1,2,ZHANG Shijie¹,ZHANG Yingchun¹

1.Research Center of Satellite Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China； 2.Department of System Design, Chinese Academy of Space Technology, Beijing 100094, China

Received:2008-06-07 Online:2010-07-01 Published:2010-07-01

摘要/Abstract

摘要：

针对基于反作用飞轮和磁力矩器的姿态控制算法设计问题，在建立执行机构数学模型的基础上，分析了联合控制的必要性，给出了一种具有控制分配环节的反作用飞轮和磁力矩器联合控制方案，在此基础上分别推导了最大磁控力矩和能耗最优等控制力矩分配算法。最后进行了数学仿真。结果表明，该联合控制算法在不降低系统控制精度的前提下，显著降低了反作用飞轮的转速及系统功耗。有利于在方案设计时减轻反作用飞轮的重量，提高整星的功能密度比。本文算法设计简单，计算量较小，可以在轨实现。

关键词: 飞行器控制、导航技术, 小卫星;姿态控制, 反作用飞轮, 磁力矩器, 联合控制

Abstract:

Magnetorquers and reaction wheels are important control actuators for modern small satellite. The mathematical model for attitude control using magnetorquer and reaction wheel is developed. The necessity to combine magnetorquers and reaction wheels for satellite attitude control in the control algorithm design is analyzed. Using control allocator, a combined control scheme is proposed based on the reaction wheels and magnetorquers to be used. Two control allocation techniques are developed to automatically redistribute the required control torque among reaction wheels and magnetorquers. Numerical simulation demonstrates that the proposed control technique can reduce the opportunity of saturation and the system power consumption without reducing the attitude control accuracy. It can also prolong the life of space task. Other advantages include simple algorithm design, less computation cost and realtime calculation on board.

Key words: control and navigation technology of aerocraft, small satellite, attitude control, reaction wheel, magnetorquer, combined control

中图分类号:

V448.2

陈闽,张世杰,张迎春. 基于反作用飞轮和磁力矩器的小卫星姿态联合控制算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2010, 40(04): 1155-1160.

CHEN Min,ZHANG Shi-jie,ZHANG Ying-chun. Combined attitude control method of small satellite using reaction wheels and magnetorquers[J]. 吉林大学学报(工学版), 2010, 40(04): 1155-1160.

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