一种双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法与流程

本发明涉及航空控制，具体涉卫星帆板自主对日定向控制。

背景技术：

1、为保证星上能源，卫星利用铺设有电池片的帆板获取太阳能。目前帆板的安装形式主要有三种：固定翼帆板、单自由度帆板和双自由度帆板。固定翼帆板指帆板与星体固连，卫星除执行任务外在轨长期保持帆板对日状态，该类型帆板需要卫星在任务和任务结束时变换姿态，往往无法持续执行对地观测任务，因此限制了卫星功能和应用；单自由度帆板指可实现一维转动的帆板机构，通常用于太阳同步轨道，保证帆板在一维转动时太阳可直射帆板，从而保证卫星获取能源，该类型帆板受限于轨道特性；而双自由度帆板可适用于非太阳同步轨道，尽管此时太阳与轨道面的夹角变化范围较大，但在无需调整姿态的情况下通过二维转动，仍能保证太阳与帆板的夹角较小，从而确保星上能源。因此，相较于固定和单自由度，双自由度帆板有明显优势。

2、双自由度帆板通过转动保证帆板对日定向时，需要双轴(定义为帆板a轴、b轴)的不断调整。现有的常规控制策略中：a轴期望角速度较大，可长期处于匀速转动状态；而b轴期望转动角速度较小，此时不易控制，因此采用误差控制，当期望与实际相差一定角度时，控制b轴转动到期望值，目前策略中将太阳矢量实际位置作为期望值，该种方式易导致b轴启停次数较多，对机构可靠性要求严格。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法，所述双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法具体为：

2、s1、计算轨道系下的太阳矢量与轨道系xooozo面的夹角angle_b，计算在轨道系xooozo面投影与轨道系-zo轴的夹角angle_a；

3、s2、采集双轴太阳帆板驱动机构中a轴的实际转动角度sada_a和双轴太阳帆板驱动机构中b轴的实际转动角度sada_b；

4、s3、定义双轴太阳帆板驱动机构a轴的阈值变limita和双轴太阳帆板驱动机构b轴的阈值变limitb；

5、s4、设置双轴太阳帆板驱动机构a轴的工作模式为a轴捕获、a轴跟踪和a轴保持；设置双轴太阳帆板驱动机构b轴的工作模式为b轴捕获和b轴保持；

6、s5、根据angle_a、sada_a和limita的数值关系确定双轴太阳帆板驱动机构a轴的工作模式；根据angle_b、sada_b和limitb的数值关系确定双轴太阳帆板驱动机构b轴的工作模式。

7、进一步，将所述双轴太阳帆板驱动机构安装在星体±y侧，+y侧双轴太阳帆板驱动机构的a轴与星体+y轴重合，b轴与星体+x轴重合；-y侧双轴太阳帆板驱动机构的a轴与星体-y轴重合，b轴与星体+x轴重合。

8、进一步，在步骤s1中，在轨道系yooozo的投影位于轨道系+y侧时angle_b角度为正，位于轨道系-y侧时angle_b角度为负；

9、在轨道系xooozo的投影位于轨道系+x侧时angle_a角度为正，位于轨道系-x侧时angle_a角度为负。

10、进一步，步骤s3中，limita为3°，limitb为5°。

11、进一步，步骤s4中：

12、a轴捕获时，a轴的转速为0.3°/s；

13、a轴跟踪时，若太阳位置超前于帆板，则+y侧a轴转速为0.0585°/s，-y侧a轴转速为-0.0585°/s；若太阳位置滞后于帆板，则+y侧a轴转速为0.0580°/s，则-y侧a轴转速为-0.0580°/s；

14、a轴保持时，a轴的转速为0°/s；

15、b轴捕获时，b轴的转速为1°/s；

16、b轴保持时，b轴的转速为0°/s。

17、根据权利要求4所述的双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法，其特征在于，步骤s4中，limita为3°，limitb为5°。

18、根据权利要求5所述的双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法，其特征在于，根据angle_a、sada_a和limita的数值关系确定双轴太阳帆板驱动机构a轴的工作模式具体为：

19、当|angle_a-sada_a|>limita时：a轴处于捕获模式；

20、当angle_a-sada_a<limita时：a轴处于跟踪模式；

21、当angle_a-sada_a<(0-limita)时：a轴处于跟踪模式；

22、当卫星处于非对地模式时：a轴处于保持模式。

23、进一步，根据angle_b、sada_b和limitb的数值关系确定双轴太阳帆板驱动机构b轴的工作模式具体为：

24、当angle_b-sada_b>limitb时：b轴处于捕获模式；

25、当angle_b-sada_b<(0-limitb)时：b轴处于捕获模式；

26、当|ex_b-sada_b|<0.5时：b轴处于保持模式，所述ex_b为b轴在+y侧和-y侧的期望角度。

27、本发明的有益效果为：

28、本发明结合双自由度帆板的控制策略：对b轴的控制进行优化，在太阳实际位置的基础上增加偏差控制量作为期望值，在不需要额外增加其他硬件设备的基础上，实现减少b轴转动频次的目的，延长机构在轨使用寿命，对双自由帆板控制策略在轨应用具有重大的工程意义。

29、本发明所设计的帆板控制方法，可有效减少双自由度帆板a、b轴的转动频次，该方法原理简单，易于实现，能够应用于工程实际中。

技术特征：

1.一种双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法，其特征在于，所述双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法具体为：

2.根据权利要求1所述的双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法，其特征在于，将所述双轴太阳帆板驱动机构安装在星体±y侧，+y侧双轴太阳帆板驱动机构的a轴与星体+y轴重合，b轴与星体+x轴重合；-y侧双轴太阳帆板驱动机构的a轴与星体-y轴重合，b轴与星体+x轴重合。

3.根据权利要求2所述的双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法，其特征在于，在步骤s1中，在轨道系yooozo的投影位于轨道系+y侧时angle_b角度为正，位于轨道系-y侧时angle_b角度为负；

4.根据权利要求3所述的双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法，其特征在于，步骤s3中，limita为3°，limitb为5°。

5.根据权利要求4所述的双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法，其特征在于，步骤s4中：

6.根据权利要求5所述的双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法，其特征在于，步骤s4中，limita为3°，limitb为5°。

7.根据权利要求6所述的双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法，其特征在于，根据angle_a、sada_a和limita的数值关系确定双轴太阳帆板驱动机构a轴的工作模式具体为：

8.根据权利要求7所述的双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法，其特征在于，根据angle_b、sada_b和limitb的数值关系确定双轴太阳帆板驱动机构b轴的工作模式具体为：

技术总结一种双轴太阳帆板驱动机构对日定向控制方法。所述方法具体为：S1、计算轨道系下的太阳矢量与轨道系X<subgt;o</subgt;O<subgt;o</subgt;Z<subgt;o</subgt;面的夹角Angle_B，计算在轨道系X<subgt;o</subgt;O<subgt;o</subgt;Z<subgt;o</subgt;面投影与轨道系‑Z<subgt;o</subgt;轴的夹角Angle_A；S2、采集双轴太阳帆板驱动机构中A轴的实际转动角度SADA_A和双轴太阳帆板驱动机构中B轴的实际转动角度SADA_B；S3、定义双轴太阳帆板驱动机构A轴的阈值变limitA和双轴太阳帆板驱动机构B轴的阈值变limitB；S4、设置双轴太阳帆板驱动机构A轴的工作模式为A轴捕获、A轴跟踪和A轴保持；设置双轴太阳帆板驱动机构B轴的工作模式为B轴捕获和B轴保持；S5、根据Angle_A、SADA_A和limitA的数值关系确定双轴太阳帆板驱动机构A轴的工作模式；根据Angle_B、SADA_B和limitB的数值关系确定双轴太阳帆板驱动机构B轴的工作模式。技术研发人员：龚泽宇,李小明,邢斯瑞,范林东,徐开,孙洪雨,霍占伟受保护的技术使用者：长光卫星技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19