(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211226268.8 (22)申请日 2022.10.09 (71)申请人 中国西安 卫星测控中心 地址 710043 陕西省西安市新城区咸宁东 路462号 (72)发明人 夏长峰　王小乐　张姣　银炜　 刘晓坤　李国政　李思侃　段玉瑞　 李智　蒋成伟　 (74)专利代理 机构 西安维赛恩专利代理事务所 (普通合伙) 61257 专利代理师 魏世平 (51)Int.Cl. G01M 1/10(2006.01) B64G 1/24(2006.01) G06F 17/12(2006.01)G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 组合航天器转动惯量在轨辩识方法 (57)摘要 本发明公开了组合航天器转动惯量在轨辩 识方法， 由以下步骤组成： 步骤S1： 利用磁悬浮控 制敏感陀螺构建陀螺群， 步骤S2： 根据磁悬浮控 制敏感陀螺的工作原理， 推导出陀螺群对组合航 天器施加的合力矩和陀螺群在服务航天器坐标 系下的角动量； 步骤S3： 建立以陀螺群为执行机 构的组合航天器姿态运动学模型， 根据组合航天 器姿态运动学模型推导出以组合航天器转动惯 量为变量的线性方程； 步骤S4： 通过最小二乘法 在轨辨识组合航天器的转动惯 量； 本发明在轨辨 识过程中以磁悬浮控制敏感陀螺群作为激励， 无 须消耗服务航天器的燃料； 并且由于利用陀螺群 作为激励， 而磁悬浮控制敏感陀螺的线性特性 好， 确保了辨识 精度。 权利要求书5页 说明书11页 CN 115290254 A 2022.11.04 CN 115290254 A 1.组合航天器转动惯量在轨辩识方法， 其特 征在于， 由以下步骤组成： 步骤S1： 利用磁悬浮控制敏感陀螺构建陀螺群， 所述陀螺群由结构相同的第一磁悬浮 控制敏感陀螺和第二磁悬浮控制敏感陀螺呈双正交构型组成； 步骤S2： 根据磁悬浮控制敏感陀螺的工作原理， 推导出陀螺群对组合航天器施加的合 力矩和陀螺群在服 务航天器坐标系下的角动量； 步骤S3： 建立以陀螺群为执行机构的组合航天器姿态运动学模型， 根据组合航天器姿 态运动学模型推导出以组合 航天器转动惯量 为变量的线性方程； 步骤S4： 通过最小二乘法在轨辨识组合 航天器的转动惯量； 其中， 步骤S2中所述陀螺群对组合 航天器施加的合力矩的计算公式为： （1） 其中，T为陀螺群对组合航天器施加的合力矩， ia1为驱动第一磁悬浮控制敏感陀螺的转 子绕X轴偏转的控制电流， iβ1为驱动第一磁悬浮控制敏感陀螺的转子绕 Y轴偏转的控制电 流，ia2为驱动第二磁悬浮控制敏感陀螺的转子绕其 X轴偏转的控制电流， iβ2为驱动第二磁 悬浮控制敏感陀螺的转子绕其 Y轴偏转的控制电流， n为第一磁悬浮控制敏感陀螺和 第二磁 悬浮控制敏感陀螺中磁轴承线圈匝数， B为磁感应强度， L为与磁场垂直方向放置的线圈长 度，lm为磁轴承半径。 2.根据权利要求1所述的组合航天器转动惯量在轨辩识方法， 其特征在于， 所述第 一磁 悬浮控制敏感陀螺和第二磁悬浮控制敏感陀螺的磁轴承线圈匝数、 磁感应强度、 与磁场垂 直方向放置的线圈长度、 磁轴承半径均相同， 所述第一磁悬浮控制敏感陀螺的z轴与服务航 天器坐标系的 X坐标轴重合， 所述第二磁悬浮控制敏感陀螺的z轴与服务航天器坐标系的 Y 坐标轴重合。 3.根据权利要求1或2所述的组合航天器转动惯量在轨辩识方法， 其特征在于， 所述第 一磁悬浮控制敏感陀螺和 第二磁悬浮控制敏感陀螺的磁力矩器均采用洛伦兹力磁轴承， 所 述洛伦兹力磁轴承控制第一磁悬浮控制敏感陀螺和第二磁悬浮控制敏感陀螺转子的二自 由度偏转， 当与磁场垂直方向放置的线圈通入电流时， 线圈的上下两部分将分别产生垂直 于线圈及磁场方向的安培力， 根据安培力定律可知， 合力大小为： （2） 式中，F为洛伦兹力的一组线圈产生的安培力， n为线圈匝数， B为磁感应强度， I为线圈 电流，L为与磁场垂直方向放置的线圈长度； 所述第一磁悬浮控制敏感陀螺和第二磁悬浮控制敏感陀螺的磁力矩器中的洛伦兹力 磁轴承对转子产生的驱动力矩均为： （3） 式中，PX为沿X轴方向的驱动力矩， Py为沿Y轴方向的驱动力矩， lm为磁轴承半径， ia为驱权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115290254 A 2动第一磁悬浮控制敏感陀螺或第二磁悬浮控制 敏感陀螺 的转子绕 X轴偏转的控制电流， iβ 为驱动第一磁悬浮控制敏感陀螺或第二磁悬浮控制敏感陀螺的转子绕 Y轴偏转的控制电 流； 所述第一磁悬浮控制敏感陀螺或第二磁悬浮控制敏感陀螺的三自由度输出力矩 TM为：   (4)。 4.根据权利要求3所述的组合航天器转动惯量在轨辩识方法， 其特征在于， 步骤S2中计 算陀螺群对组合 航天器施加的合力矩的公式为： ，  (5) 式中，T为陀螺群对组合航天器施加的合力矩， Ti为第i磁悬浮控制敏 感陀螺在其定子坐 标系下对组合航天器输出的力矩， Ci为第i磁悬浮控制 敏感陀螺所在定子坐标系到服务航 天器坐标系的转换矩阵； 其中， 第一磁悬浮控制敏感陀螺所在定 子坐标系到服 务航天器坐标系的转换矩阵为： ，  (6) 其中， 第二磁悬浮控制敏感陀螺所在定 子坐标系到服 务航天器坐标系的转换矩阵为： ，  (7) 则陀螺群对组合 航天器施加的合力矩的计算公式为： ，  (1) 其中，T为陀螺群对组合航天器施加的合力矩， ia1为驱动第一磁悬浮控制敏感陀螺的转 子绕X轴偏转的控制电流， iβ1为驱动第一磁悬浮控制敏感陀螺的转子绕 Y轴偏转的控制电 流，ia2为驱动第二磁悬浮控制敏感陀螺的转子绕其 X轴偏转的控制电流， iβ2为驱动第二磁 悬浮控制敏感陀螺的转子绕其 Y轴偏转的控制电流， n为第一磁悬浮控制敏感陀螺和 第二磁 悬浮控制敏感陀螺中磁轴承线圈匝数， B为磁感应强度， L为与磁场垂直方向放置的线圈长 度，lm为磁轴承半径。 5.根据权利要求4所述的组合航天器转动惯量在轨辩识方法， 其特征在于， 步骤S2中计 算陀螺群在服 务航天器坐标系下的角动量由以下步骤组成： 计算第一磁悬浮控制敏感陀螺和第二磁悬浮控制敏感陀螺的角动量 hM， 其计算公式为：权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115290254 A 3