卫星姿态快速机动的切换控制方法

1.一种卫星姿态快速机动的切换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，首先计算卫星机动开始时的当前姿态相对目标姿态的四元数初始值，然后根据初始值以及执行机构最大输出力矩和最大角动量、测量装置量程限制以及卫星惯量大小确定三个切换参数γ、η、δ；
步骤2，采用加速机动控制指令进行加速机动；
步骤3，判断当前姿态是否满足匀速机动条件，如果满足，则转入步骤4进行匀速机动，如果不满足，则返回步骤2继续采用加速机动控制指令进行加速机动；
步骤4，根据步骤3的判断结果，启动匀速机动控制指令进行匀速机动；
步骤5，判断当前姿态是否满足减速机动条件，如果满足，则转入步骤6进行减速机动，如果不满足，则返回步骤4继续采用匀速机动控制指令进行匀速机动；
步骤6，根据步骤5的判断结果，启动减速机动控制指令进行减速机动；
步骤7，判断当前姿态是否满足闭环控制条件，如果满足，则转入步骤8进行闭环控制，如果不满足，则返回步骤6继续采用减速机动控制指令进行减速机动；
步骤8，根据步骤7的判断结果，启动闭环控制；
所述加速机动控制指令为：
所述匀速机动控制指令为：Tc2＝ω×(Iω+hw)；
所述减速机动控制指令为：
所述闭环控制方法为姿态四元数和转速联合反馈的闭环控制方法，其控制指令为：Tc4＝-Kqv-Dω+ω×(Iω+hw)；
其中，I为卫星的惯量矩阵，Imax为三轴最大主惯量，即Imax＝{Ix Iy Iz}，ω是星体相对于惯性坐标系的角速度在本体坐标系中的投影，表示为ω＝{ωx,ωy,ωz}T，Tmax为飞轮可T T T
提供的最大力矩，hw为飞轮角动量，q=[q0 qv ]为相对目标姿态的四元数，qv＝{q1 q2 q3}为卫星本体相对目标姿态四元数的矢量部分，qc=[qc0 qcvT]T={qc0 qc1 qc2 qc3}T为卫星本体相对目标姿态四元数初始值，||*||为*的∞-范数，δ为闭环切换角速度幅值，其值决定何时进入闭环控制， |*|为*的2-范数，γ为闭环规避
阈值，规避机动开始时的小角速度被囊括在|ω|≤δ而直接进入闭环的部分时间，取γ∈[0.4,0.6]；η为开环切换参数，其物理意义为匀速机动角度与总机动角度的比值，其值决定何时进入匀速机动和减速机动， K、D是闭环控制器参数，为
常值对角阵；q0为卫星本体相对目标姿态四元数的标量部分，qc0为卫星本体相对目标姿态四元数初值的标量部分，ωmax表示卫星的最大转速，qcv表示卫星本体相对目标姿态四元数初值的矢量部分。
2.根据权利要求1所述的卫星姿态快速机动的切换控制方法，其特征在于，所述卫星机动开始时的当前姿态动力学模型为： 其中，Tc为控制力矩；Td为
扰动力矩；hw为飞轮角动量。
3.根据权利要求2所述的卫星姿态快速机动的切换控制方法，其特征在于，所述扰动力矩Td包括：重力梯度力矩、太阳光压力矩、剩磁力矩以及气动力矩，当所述扰动力矩Td较大时，需要在控制力矩Tc中进行补偿。
4.根据权利要求1所述的卫星姿态快速机动的切换控制方法，其特征在于，加速机动控制指令、匀速机动控制指令、减速机动控制指令以及闭环控制控制指令分别采用三轴指令力矩分配规则及切换判定原则：
5.根据权利要求4所述的卫星姿态快速机动的切换控制方法，其特征在于，所述三轴指令力矩分配规则具体为：根据卫星本体姿态相对期望姿态的四元数矢量部分按比例进行分配，从而实现卫星姿态绕相对四元数欧拉轴机动，并且三轴同步。
6.根据权利要求5所述的卫星姿态快速机动的切换控制方法，其特征在于，所述三轴指令力矩在卫星本体三轴上的分量满足cosα:cosβ:cosε＝q1:q2:q3的比例要求，其中，α，β，ε为相对姿态四元数欧拉轴与卫星本体三轴的夹角。
7.根据权利要求1所述的卫星姿态快速机动的切换控制方法，其特征在于，
所述匀速机动条件为：2|arccosq0|<(1+η)|arccosqc0|；
所述减速机动条件为：2|arccosq0|<(1-η)|arccosqc0|；
所述闭环控制条件为：|ω|≤δ。

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