CN114084379A - 一种摆动式单轴sada控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摆动式单轴SADA控制方法，包括：在SADA结构两侧存在的机械限位分别设置行程开关，同时在SADA控制软件中对转轴角度设置软限位；根据星体在轨运行的充电需求，构建SADA在轨工作模式；当星体进入三轴对地后，开启捕获模式快速捕获太阳，当角度满足预设目标则切换至跟踪模式；当星体执行任务时，开启保持模式；当星体需处于长期对日，则开启定角保持模式；若SADA的角度数据处于未校准状态，则开启校准模式重新捕获角度；当某侧SADA的转轴失效，则当前侧开启故障模式，不再进行计算和控制。该方法可以使太阳同步轨道类型卫星控制SADA长期稳定跟踪太阳方位角，实现太阳帆板对日定向，满足星上能源平衡。
Description
技术领域
本发明涉及卫星姿态确定与控制技术领域，特别涉及一种摆动式单轴SADA控制方法。
背景技术
长期三轴对地的卫星需要太阳翼驱动装置(Solar Array Drive Assembly，SADA)驱动太阳能电池帆板对日定向，满足星上能源平衡。现有卫星一般均使用双轴SADA实现帆板对日定向，控制算法策略复杂，同时SADA自身带有霍尔传感器与滑环，存在结构复杂、成本高的缺陷，不利于卫星批产化的需求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种摆动式单轴SADA控制方法，该方法可以实现太阳帆板对日定向，满足星上能源平衡。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了摆动式单轴SADA控制方法，包括以下步骤：步骤S1，将摆动式单轴SADA安装在预设遥感卫星±Y轴处、同时绕X轴偏置β角以跟踪太阳方位角，以对太阳矢量定向；步骤S2，设太阳能电池帆板的法线方向在星体轨道坐标系XOZ平面的方位角为SADA的角度，且从所述预设遥感卫星的+Y侧观察逆时针转动为正向转动；步骤S3，在SADA结构两侧存在的机械限位处分别设置一个行程开关用以角度校准，同时在SADA控制软件中对转轴角度设置软限位；步骤S4，将所述太阳矢量在星体轨道坐标系XOZ平面进行投影，将所述投影与星体轨道坐标系-Z轴的夹角作为SADA的期望角度；步骤S5，根据所述预设遥感卫星在轨运行各个姿控模式的充电需求，构建SADA在轨工作模式，其中，所述SADA在轨工作模式包括捕获模式、跟踪模式、保持模式、定角保持模式、校准模式和故障模式；步骤S6，当所述预设遥感卫星进入三轴对地后，SADA开启所述捕获模式，以快速捕获太阳，当角度满足预设目标则切换至所述跟踪模式；当所述预设遥感卫星执行任务时，SADA开启所述保持模式；当所述预设遥感卫星需处于长期对日，则SADA开启所述定角保持模式；若SADA的角度数据处于未校准状态，则开启所述校准模式使转轴默认正转触发所述行程开关时重新捕获角度；当某侧SADA的转轴失效，则当前侧SADA开启所述故障模式，不再进行计算和控制。
本发明实施例的摆动式单轴SADA控制方法，采用细分式步进电机驱动、且不带有霍尔传感器与导电滑环的低成本单轴SADA，当卫星长期对地三轴稳定时，可以使太阳同步轨道类型卫星控制SADA长期稳定跟踪太阳方位角，保证帆板能够长期正对太阳，实现星上能源平衡。
另外，根据本发明上述实施例的摆动式单轴SADA控制方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述机械限位分别位于SADA的42°和318°位置处。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述软限位分别位于SADA的50°和310°位置处。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述捕获模式下所述预设遥感卫星的转轴角速度为1°/s。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述跟踪模式的转轴角速度分为4个档位，第一档位时转轴角速度为0.0585°/s。第二档位时转轴角速度为0.063°/s，第三档位时转轴角速度为0.0675°/s，第四档位时转轴角速度为0.2°/s。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述保持模式下转轴转速度为0，保持不动。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述定角保持模式下转轴转速度与所述捕获模式相同，当SADA转动至固定期望角位置时，自动转换成所述保持模式。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述校准模式的转轴角速度为1°/s，若正向行程开关当前设置为失效，则反向转动去触发反向行程开关。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的摆动式单轴SADA控制方法的流程图；
图2是本发明一个实施例的SADA的角度定义示意图；
图3是本发明一个实施例的SADA模式切换流程图；
图4是本发明一个实施例的SADA转角跟踪太阳方位角曲线。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种摆动式单轴SADA控制方法。
图1是本发明一个实施例的摆动式单轴SADA控制方法的流程图。
如图1所示，该摆动式单轴SADA控制方法包括以下步骤：
在步骤S1中，将摆动式单轴SADA安装在预设遥感卫星的±Y轴处、同时绕X轴偏置β角以跟踪太阳方位角，以对太阳矢量定向。
具体地，对于太阳同步轨道类型的遥感卫星，太阳矢量与卫星轨道面的夹角β一般为恒定值，因此单轴SADA安装时可通过将X轴偏置β角，将SADA安装在星体±Y轴跟踪太阳方位角实现太阳矢量定向。此种安装方式物理概念清晰，可以简化指向计算、减少SADA的复杂转动。
在步骤S2中，设太阳能电池帆板的法线方向在星体轨道坐标系XOZ平面的方位角为SADA的角度，且从所述预设遥感卫星的+Y侧观察逆时针转动为正向转动。
具体地，如图2所示，本发明实施例规定太阳能电池帆板的法线方向在XOZ平面的方位角为SADA的角度，且从星体右侧观察逆时针转动为正向转动。
在步骤S3中，在SADA结构两侧存在的机械限位处分别设置一个行程开关用以角度校准，同时在SADA控制软件中对转轴角度设置软限位。
具体地，本发明实施例在SADA结构两侧存在机械限位，分别设置一个行程开关，用于SADA角度的定位和限位，其中两侧机械限位的位置分别位于SADA的42°和318°位置处。同时在SADA控制软件中对转轴角度设置软限位，分别位于SADA的50°和310°位置处。
进一步地，在正常转动过程中SADA角度受软限位限制，不会触碰到行程开关，当累计误差较大时，转轴会触碰机械限位处的行程开关，对角度信息进行更新校准。
在步骤S4中，将所述太阳矢量在星体轨道坐标系XOZ平面进行投影，将所述投影与星体轨道坐标系-Z轴的夹角作为SADA的期望角度。
在步骤S5中，根据所述预设遥感卫星在轨运行各个姿控模式的充电需求，构建SADA在轨工作模式，其中，所述SADA在轨工作模式包括捕获模式、跟踪模式、保持模式、定角保持模式、校准模式和故障模式。
在步骤S6中，当所述预设遥感卫星进入三轴对地后，SADA开启所述捕获模式，以快速捕获太阳，当角度满足预设目标则切换至所述跟踪模式；当所述预设遥感卫星执行任务时，SADA开启所述保持模式；当所述预设遥感卫星需处于长期对日，则SADA开启所述定角保持模式；若SADA的角度数据处于未校准状态，则开启所述校准模式使转轴默认正转触发所述行程开关时重新捕获角度；当某侧SADA的转轴失效，则当前侧SADA开启所述故障模式，不再进行计算和控制。
具体地，本发明实施例根据卫星在轨运行各个姿控模式的充电需要，设计相应的SADA在轨工作模式。
(1)捕获模式
预设遥感卫星刚进入三轴对地后需快速捕获太阳，因此开启捕获模式，该模式下转动速度较高。捕获模式下预设遥感卫星的转轴角速度为1°/s。当角度满足预设目标时，则切换至跟踪模式。
(2)跟踪模式
在轨运行阶段，太阳翼相对预设遥感卫星以负的轨道角速度连续转动，实现对太阳的持续跟踪。该模式下的阳照区的转动速度较低，地影区的转动速度较高，是SADA在轨长期稳定运行的模式。
跟踪模式下转轴的角速度分为4档，各档位转速和对应的工况如下表所示。其中，卫星轨道高度选择为500km。
表1跟踪模式下各档位角速度
(3)保持模式
保持模式下，转轴转速为0，保持不动。预设遥感卫星在执行任务时SADA工作在此模式。
(4)定角保持模式
旋转速度与捕获模式相同，当机构转动至固定期望角位置时，自动转换成保持模式。
定角保持模式下，转轴的角速度为1°/s。转轴角度超差则转动转轴，若满足目标则转速为0。
(5)校准模式
若SADA的角度数据处于未校准状态，则转轴默认正转触发行程开关时重新捕获角度。若正向行程开关当前设置为失效，则反向转动去触发反向行程开关。校准模式中，转轴的转动速度为1°/s。
(6)故障模式
若某侧SADA的转轴失效，则该侧SADA工作在故障模式。在该故障模式下，该侧SADA不进行计算和控制，转速输出置0。
进一步地，如图3所示，本发明实施例还将SADA模式与预设遥感卫星控制模式进行设计，为保证整星在各个控制模式下的充电效率，SADA模式与整星控制模式强耦合，设计SADA模式随姿控模式切换流程，具体如下：
(1)预设遥感卫星处于长期对地三轴稳定模式下，SADA进行对日捕获和跟踪；
(2)预设遥感卫星处于安全模式、阻尼模式，SADA处于保持模式；
(3)预设遥感卫星处于长期对日模式，SADA卫星处于定角保持模式或保持模式；
(4)预设遥感卫星在轨执行成像数传任务期间，可根据实际需要手动选择是否驱动SADA正常转动。
(5)SADA处于未校准状态，SADA处于校准模式。
下面通过一个具体实施例对本发明提出的摆动式单轴SADA控制方法进一步说明。
在长光卫星技术有限公司研制的吉林一号MF01A星SADA上进行了桌面测试验证，以5个轨道周期SADA对太阳方位角跟踪情况为例，跟踪曲线如下图4所示，测试结果表明，SADA能够长期稳定跟踪太阳方位角，控制效果准确良好。
根据本发明实施例提出的一种摆动式单轴SADA控制方法，采用细分式步进电机驱动、且不带有霍尔传感器与导电滑环的低成本单轴SADA，当卫星长期对地三轴稳定时，可以使太阳同步轨道类型卫星控制SADA长期稳定跟踪太阳方位角，实现太阳帆板对日定向，满足星上能源平衡。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种摆动式单轴SADA控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将摆动式单轴SADA安装在预设遥感卫星±Y轴处、同时绕X轴偏置β角以跟踪太阳方位角，以对太阳矢量定向；
步骤S2，设太阳能电池帆板的法线方向在星体轨道坐标系XOZ平面的方位角为SADA的角度，且从所述预设遥感卫星的+Y侧观察逆时针转动为正向转动；
步骤S3，在SADA结构两侧存在的机械限位处分别设置一个行程开关用以角度校准，同时在SADA控制软件中对转轴角度设置软限位；
步骤S4，将所述太阳矢量在星体轨道坐标系XOZ平面进行投影，将所述投影与星体轨道坐标系-Z轴的夹角作为SADA的期望角度；
步骤S5，根据所述预设遥感卫星在轨运行各个姿控模式的充电需求，构建SADA在轨工作模式，其中，所述SADA在轨工作模式包括捕获模式、跟踪模式、保持模式、定角保持模式、校准模式和故障模式；
步骤S6，当所述预设遥感卫星进入三轴对地后，SADA开启所述捕获模式，以快速捕获太阳，当角度满足预设目标则切换至所述跟踪模式；
当所述预设遥感卫星执行任务时，SADA开启所述保持模式；
当所述预设遥感卫星需处于长期对日，则SADA开启所述定角保持模式；
若SADA的角度数据处于未校准状态，则开启所述校准模式使转轴默认正转触发所述行程开关时重新捕获角度；
当某侧SADA的转轴失效，则当前侧SADA开启所述故障模式，不再进行计算和控制。
2.根据权利要求1所述的摆动式单轴SADA控制方法，其特征在于，所述机械限位分别位于SADA的42°和318°位置处。
3.根据权利要求1所述的摆动式单轴SADA控制方法，其特征在于，所述软限位分别位于SADA的50°和310°位置处。
4.根据权利要求1所述的摆动式单轴SADA控制方法，其特征在于，所述捕获模式下所述预设遥感卫星的转轴角速度为1°/s。
5.根据权利要求1所述的摆动式单轴SADA控制方法，其特征在于，所述跟踪模式的转轴角速度分为4个档位，第一档位时转轴角速度为0.0585°/s。第二档位时转轴角速度为0.063°/s，第三档位时转轴角速度为0.0675°/s，第四档位时转轴角速度为0.2°/s。
6.根据权利要求1所述的摆动式单轴SADA控制方法，其特征在于，所述保持模式下转轴转速度为0，保持不动。
7.根据权利要求1所述的摆动式单轴SADA控制方法，其特征在于，所述定角保持模式下转轴转速度与所述捕获模式相同，当SADA转动至固定期望角位置时，自动转换成所述保持模式。
8.根据权利要求1所述的摆动式单轴SADA控制方法，其特征在于，所述校准模式的转轴角速度为1°/s，若正向行程开关当前设置为失效，则反向转动去触发反向行程开关。
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