一种8推力器实现完全冗余的卫星三轴姿态控制方法技术领域
本发明涉及卫星姿态控制方法，特别涉及一种8推力器实现完全冗余的卫星三轴
姿态控制方法。
背景技术
推力器作为卫星姿态控制系统的重要部件，一般多个共同配合，通过喷出工质对
卫星的反作用力和力矩，完成卫星入轨星箭分离后姿态阻尼、姿态控制、飞轮卸载、轨道保
持、轨道机动等功能。
目前在轨卫星通常以单推力器完成一个轴的姿控，备份通常采用两套完全一样的
推力器布局；无备份最简为6个，双备份最简12个，考虑姿轨控独立及地面布置等约束，常用
16个以上推力器的布局设计方案。上述推力器布局设计方式控制算法简单，但要求推力器
个数较多，推进系统管路设计和结构设计较复杂，系统重量大。
发明内容
本发明的目的是提供一种8推力器实现完全冗余的卫星三轴姿态控制方法，使在
任意一组组推力器存在异常时，可切换至另一组推力器，仅通过4个推力器实现卫星三轴姿
态控制。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种8推力器实现完全冗余的卫星三轴姿态控制方法，其特点是，包含如下步骤：
S1，将8推力器分成A组推力器、B组推力器，所述的A组推力器包含第A1～A4共4个
推力器；所述的B组推力器包含第B1～B4共4个推力器；
S2，根据喷气控制算法，得到滚动轴、俯仰轴和偏航轴所需标称的正负喷气脉宽；
S3，针对A组推力器，将各轴正负喷气脉宽对应至各推力器所需脉宽，将每个推力
器在各轴喷气分量叠加，对A组推力器各个推力器脉宽最大值进行等比例限幅；
S4，针对B组推力器，将各轴正负喷气脉宽对应至各推力器所需脉宽，将每个推力
器在各轴喷气分量叠加，对B组推力器各个推力器脉宽最大值进行等比例限幅。
所述的步骤S1中：
当A组推力器和B组推力器正常工作时，所述的第A1推力器用于滚动轴正向推进，
所述的第B1推力器用于滚动轴负向推进，所述的第A2推力器用于俯仰轴正向推进，所述的
第B2推力器用于俯仰轴负向推进，所述的第A3、B3推力器用于偏航轴正向推进，所述的第
A4、B4推力器用于偏航轴负向推进。
所述的步骤S1中：
当只有A组推力器工作时，所述的第A1推力器用于滚动轴正向推进，所述的第A2、
A3、A4推力器用于滚动轴负向推进，所述的第A2推力器用于俯仰轴正向推进，所述的第A1、
A3、A4推力器用于俯仰轴负向推进，所述的第A1、A2、A3推力器用于偏航轴正向推进，所述的
第A1、A2、A4推力器用于偏航轴负向推进。
所述的步骤S1中：
当只有B组推力器工作时，所述的第B2、B3、B4推力器用于滚动轴正向推进，所述的
第B1推力器用于滚动轴负向推进，所述的第B1、B3、B4推力器用于俯仰轴正向推进，所述的
第B2推力器用于俯仰轴负向推进，所述的第B1、B2、B3推力器用于偏航轴正向推进，所述的
第B1、B2、B4推力器用于偏航轴负向推进。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明仅通过4个推力器实现卫星三个轴姿态控制，即仅通过8个推力器实现卫星
姿态的完全冗余控制。本发明给出了具体的各推力器喷气宽度计算方法，并以矩阵形式清
晰表达了各推力器输出脉宽和标称脉宽的对应关系，工程实现简便。
附图说明
图1为本发明一种的推力器布局图；
图2为本发明一种的推力器布局图
图3为本发明斜开关线控制算法图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
一种8推力器实现完全冗余的卫星三轴姿态控制方法，包含如下步骤：
S1，将8推力器分成A组推力器、B组推力器，所述的A组推力器包含第A1～A4共4个
推力器；所述的B组推力器包含第B1～B4共4个推力器；(各个推力器的角度布局参见图1-2)
S2，根据斜开关线的喷气控制算法，得到滚动轴、俯仰轴和偏航轴所需标称的正负
喷气脉宽；
斜开关控制算法数学描述如下：
其中Ton1～Ton3表示斜开关线控制算法各分区对应的喷气脉宽指令；X1～X3表示各
条开关线的横截距，Xpa～Xpc表示各开关线的纵截距；Y1表示星体角速度限幅值，ω表示星
体角速度，sω表示星体姿态，τ表示开关线斜率；
S3，针对A组推力器，将各轴正负喷气脉宽对应至各推力器所需脉宽，将每个推力
器在各轴喷气分量叠加，对A组推力器各个推力器脉宽最大值进行等比例限幅；
S4，针对B组推力器，将各轴正负喷气脉宽对应至各推力器所需脉宽，将每个推力
器在各轴喷气分量叠加，对B组推力器各个推力器脉宽最大值进行等比例限幅。
当A组推力器和B组推力器正常工作时，所述的第A1推力器用于滚动轴正向推进，
所述的第B1推力器用于滚动轴负向推进，所述的第A2推力器用于俯仰轴正向推进，所述的
第B2推力器用于俯仰轴负向推进，所述的第A3、B3推力器用于偏航轴正向推进，所述的第
A4、B4推力器用于偏航轴负向推进。
参见下表1，当只有A组推力器工作时，所述的第A1推力器用于滚动轴正向推进，所
述的第A2、A3、A4推力器用于滚动轴负向推进，所述的第A2推力器用于俯仰轴正向推进，所
述的第A1、A3、A4推力器用于俯仰轴负向推进，所述的第A1、A2、A3推力器用于偏航轴正向推
进，所述的第A1、A2、A4推力器用于偏航轴负向推进。
当只有B组推力器工作时，所述的第B2、B3、B4推力器用于滚动轴正向推进，所述的
第B1推力器用于滚动轴负向推进，所述的第B1、B3、B4推力器用于俯仰轴正向推进，所述的
第B2推力器用于俯仰轴负向推进，所述的第B1、B2、B3推力器用于偏航轴正向推进，所述的
第B1、B2、B4推力器用于偏航轴负向推进。
表1姿轨控推力器功能表
(1)正常工作方式
送给各推力器的喷气脉宽指令与斜开关线算法(或速率阻尼算法)得出的三轴喷
气脉宽的对应关系为：
tA1＝tonx+ tB1＝tonx-
tA2＝tony+ tB2＝tony-
tA3＝tonz+，tB3＝tonz+
tA4＝tonz- tB4＝tonz-
(2)单A组工作方式
其中tonx+和tonx-分别表示X轴正喷气脉宽指令和负喷气脉宽指令，tony+和tony-分别
表示Y轴正喷气脉宽指令和负喷气脉宽指令，tonz+和tonz-分别表示X轴正喷气脉宽指令和负
喷气脉宽指令；tA1～tA4分别表示A组各推力器指令喷气脉宽，tB1～tB4分别表示B组各推力器
指令喷气脉宽；Lx对应A2、B2推力器力臂，Ly对应A1、B1推力器力臂，Lr对应A3、B3、A4、B4等推
力器力臂。
对输出进行按比例限幅和最小脉宽：
其中max()表示对输入数据求取最大值。
(3)单B组工作方式
对输出进行按比例限幅和最小脉宽：
其中max()表示对输入数据求取最大值。
综上所述，本发明一种8推力器实现完全冗余的卫星三轴姿态控制方法，使在任意
一组组推力器存在异常时，可切换至另一组推力器，仅通过4个推力器实现卫星三轴姿态控
制。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的
描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的
多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。