《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》是上海新躍儀表廠於2013年10月12日申請的發明專利，該專利的申請號為2013104764912，公布號為CN103523243A，授權公布日為2014年1月22日，發明人是王獻忠、張肖、張國柱。
《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》包括如下步驟：步驟1，飛輪沿滾動軸安裝，確定滾動軸輪控模式及用於磁控的磁場強度；步驟2，飛輪沿偏航軸安裝，確定偏航軸輪控模式及用於磁控的磁場強度；步驟3，飛輪斜裝，確定輪控模式及用於磁控的磁場強度；步驟4，三軸的磁控電流輸出和俯仰軸的飛輪磁卸載融合控制，實現非偏置動量衛星三軸穩定控制。該發明系統配置要求簡單，僅需要單個飛輪和磁控實現非偏置動量衛星三軸穩定控制，提高了系統可靠性；能夠套用於微小衛星和中大型衛星飛輪故障控制模式；根據滾動和偏航磁場強度進行角動量交換控制與陀螺力矩控制切換，算法計算簡單，易於工程套用。
2016年12月7日，《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：非偏置動量單飛輪加磁控制方法
- 公布號：CN103523243A
- 公布日：2014年1月22日
- 申請號：2013104764912
- 申請日：2013年10月12日
- 申請人：上海新躍儀表廠
- 地址：上海市徐匯區宜山路710號
- 發明人：王獻忠、張肖、張國柱
- Int.Cl.：B64G1/32(2006.01)I
- 代理機構：上海漢聲智慧財產權代理有限公司
- 代理人：郭國中
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2013年10月前已有的衛星在軌長期穩態控制主要有零動量和偏置動量兩種方式，這兩種輪控方式都存在一定的缺點：零動量控制要求至少有3個飛輪可用；偏置動量控制沿俯仰軸安裝的動量輪要有較大的角動量，動量輪重量、體積和功耗一般較大。微小衛星對飛輪數量、重量、體積和功耗有較大限制，非偏置動量單飛輪+磁控制算法適用於微小衛星控制，同時也適用於中大型衛星飛輪故障控制模式。
發明內容
專利目的
《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》提供了一種非偏置動量單飛輪加磁控制方法，該方法系統配置要求簡單，僅依靠單個飛輪和磁控即可實現非偏置動量衛星三軸穩定控制。
技術方案
一種非偏置動量單飛輪加磁控制方法，包括如下步驟：
步驟1，飛輪沿滾動軸安裝，確定滾動軸輪控模式及用於磁控的磁場強度：當滾動磁場強度絕對值大於偏航磁場強度絕對值時，俯仰軸磁力矩器對偏航姿態進行磁控制，飛輪採用角動量交換方式對滾動姿態進行控制；或當滾動磁場強度絕對值小於等於偏航磁場強度絕對值時，偏航姿態基於陀螺力矩控制，飛輪採用角動量交換方式對滾動姿態進行控制；
步驟2，飛輪沿偏航軸安裝，確定偏航軸輪控模式及用於磁控的磁場強度：當偏航磁場強度絕對值大於滾動磁場強度絕對值時，俯仰軸磁力矩器對滾動姿態進行磁控制，飛輪採用角動量交換方式對偏航姿態進行控制；當偏航磁場強度絕對值小於等於滾動磁場強度絕對值時，滾動姿態基於陀螺力矩控制，飛輪採用角動量交換方式對偏航姿態進行控制；
步驟3，飛輪斜裝，確定輪控模式及用於磁控的磁場強度：根據滾動和偏航磁場強度對滾動或偏航進行直接動量交換控制；當滾動磁場強度絕對值大於偏航磁場強度絕對值時，偏航姿態基於陀螺力矩控制，對滾動姿態進行直接動量交換控制；當滾動磁場強度絕對值小於等於偏航磁場強度絕對值時，滾動姿態基於陀螺力矩控制，對偏航姿態進行直接動量交換控制；
步驟4，三軸的磁控電流輸出和俯仰軸的飛輪磁卸載融合控制，實現非偏置動量衛星三軸穩定控制。優選地，所述步驟1具體包括如下步驟：所述步驟1具體包括如下步驟：
步驟1.1，計算輪控電壓Vx：
其中，Kp為比例控制參數、Ki為積分控制參數、Kd分別為微分控制參數；
為滾動軸姿態角；
為滾動軸角速率；Vpx為滾動軸比例控制電壓值、Vsxk為俯仰軸積分控制電壓值、Vsxk-1為俯仰軸上周期積分控制電壓值、Vdx為俯仰軸微分控制電壓值；所述輪控電壓Vx=Vpx+Vsx+Vdx，其中，Vsx為滾動軸積分控制電壓值，同Vsxk-1；
步驟1.2，計算磁卸載電流：
其中，By、Bz分別為俯仰軸和偏航軸的磁場強度；dwspdx為滾動軸飛輪待卸載轉速；I_magx、I_magy、I_magz分別為滾動軸、俯仰軸和偏航軸的磁卸載電流；根據磁場強度的分布，By為一極小值，因此用於滾動軸飛輪卸載的主要是俯仰軸俯仰軸磁力矩器，I_magz近似為0；
步驟1.3，確定用於磁控的磁場強度：若單飛輪為滾動軸飛輪，則滾動軸姿態主要由滾動軸飛輪進行控制，俯仰軸姿態由滾動軸磁力矩器和偏航軸磁力矩器進行控制，而偏航軸姿態由俯仰軸磁力矩器進行控制；同時俯仰軸磁力矩器兼顧滾動軸的姿態控制，並用於滾動軸飛輪的卸載：
若滾動軸磁場強度絕對值小於偏航軸磁場強度絕對值，則：
若滾動軸磁場強度絕對值大於等於偏航軸磁場強度絕對值，則：
其中，Bx為滾動軸磁場強度；Mag_X為用於磁控的滾動軸磁場強度；Mag_Z為用於磁控的偏航軸磁場強度；
步驟1.4，計算磁控電流Iconx、Iconz：
其中，ky1為俯仰軸姿態角計算滾動軸磁控電流參數、ky2為俯仰軸角速度計算滾動軸磁控電流參數、ky3為俯仰軸姿態角計算偏航軸磁控電流參數、ky4為俯仰軸角速度計算偏航軸磁控電流參數；θ為俯仰軸姿態角；為俯仰軸姿態角速度；Bx為滾動軸磁場強度、Bz為偏航軸磁場強度；
步驟1.5，計算磁電流Ix、Iz輸出：
優選地，所述步驟2具體包括如下步驟：
步驟2.1，計算輪控電壓Vz：
其中，Kp為比例控制參數、Ki為積分控制參數、Kd為微分控制參數；
為偏航軸姿態角；
為偏航軸角速率；Vpz為偏航軸比例比例控制電壓值、Vszk為偏航軸積分控制電壓值、Vszk-1為偏航軸上周期積分控制電壓值、Vdz為偏航軸微分控制電壓值；所述輪控電壓Vz=Vpz+Vsz+Vdz，其中，Vsz為偏航軸積分控制電壓值，同Vszk；
步驟2.2，計算磁卸載電流：
其中，Bx、By分別為滾動軸和俯仰軸的磁場強度；dwspdz為偏航軸飛輪待卸載轉速；I_magx、I_magy、I_magz分別為滾動軸、俯仰軸和偏航軸的磁卸載電流；根據磁場強度的分布，By為一極小值，因此用於滾動軸飛輪卸載的主要是俯仰軸俯仰軸磁力矩器，I_magx近似為0；
步驟2.3，確定用於磁控的磁場強度：若單飛輪為偏航軸飛輪，則偏航軸姿態主要由偏航軸飛輪進行控制，俯仰軸姿態由滾動軸磁力矩器和偏航軸磁力矩器進行控制，而滾動軸姿態由俯仰軸磁力矩器進行控制；同時俯仰軸磁力矩器兼顧偏航軸的姿態控制，並用於偏航軸飛輪的卸載：
滾動軸磁場強度絕對值大於偏航軸磁場強度絕對值，且偏航軸磁場強度絕對值小於0.1Gs，則：：
滾動軸磁場強度絕對值不大於偏航軸磁場強度絕對值，或偏航軸磁場強度絕對值不小於0.1Gs，則：
其中，Bx為滾動軸磁場強度；Mag_X為用於磁控的滾動軸磁場強度；Mag_Z為用於磁控的偏航軸磁場強度；
步驟2.4，計算磁控電流Iconx、Iconz：
其中，ky1為俯仰軸姿態角計算滾動軸磁控電流參數、ky2為俯仰軸角速度計算滾動軸磁控電流參數、ky3為俯仰軸姿態角計算偏航軸磁控電流參數、ky4為俯仰軸角速度計算偏航軸磁控電流參數；
為俯仰軸姿態角；
為俯仰軸角速度；Bx為滾動軸磁場強度、Bz為偏航軸磁場強度；
步驟2.5，計算磁電流Ix、Iz輸出：
所述俯仰軸為磁控電流和卸載電流的綜合值：
；其中：
；
優選地，所述I_magy通過飛輪安裝軸確定。
優選地，所述飛輪斜裝對三軸均有角動量分量。
優選地，所述步驟1中，俯仰軸磁力矩器根據偏航姿態對滾動施加干擾力矩，飛輪吸收干擾，通過陀螺力矩控制偏航姿態。
優選地，所述步驟2中，俯仰軸磁力矩器根據滾動姿態對偏航施加干擾力矩，飛輪吸收干擾，通過陀螺力矩控制滾動姿態。
優選地，所述飛輪的角動量軸與滾動軸之間的夾角為30°。
《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》是基於滾動軸磁力矩器和偏航軸磁力矩器實現俯仰姿態連續磁控制；根據在軌滾動和偏航磁場強度特點，配置飛輪最佳安裝角，近地衛星滾動和偏航磁場強度可以近似為正餘弦曲線，偏航磁場強度幅值約為滾動磁場強度幅值的2倍，斜裝飛輪採用直接動量控制，其角動量對滾動和偏航都有影響，考慮磁控效率，飛輪最佳安裝為角動量軸與滾動軸夾角約30°。
有益效果
1、《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》的系統配置要求簡單，僅需要單個飛輪和磁控實現非偏置動量衛星三軸穩定控制，提高了系統可靠性；
2、能夠套用於微小衛星和中大型衛星飛輪故障控制模式；
3、根據滾動和偏航磁場強度進行角動量交換控制與陀螺力矩控制切換，算法計算簡單，易於工程套用。
附圖說明
圖1是《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》選用的參考直角坐標系；
圖2是該發明配置的飛輪最佳安裝角示意圖；
圖3是該發明的流程圖。
技術領域
《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》涉及衛星飛輪姿態控制技術領域，具體是一種非偏置動量單飛輪加磁控制方法，用於衛星在軌長期穩定運行控制。
權利要求
1.一種非偏置動量單飛輪加磁控制方法，其特徵在於，包括如下步驟：
步驟1，飛輪沿滾動軸安裝，確定滾動軸輪控模式及用於磁控的磁場強度：當滾動磁場強度絕對值大於偏航磁場強度絕對值時，俯仰軸磁力矩器對偏航姿態進行磁控制，飛輪採用角動量交換方式對滾動姿態進行控制；或當滾動磁場強度絕對值小於等於偏航磁場強度絕對值時，偏航姿態基於陀螺力矩控制，飛輪採用角動量交換方式對滾動姿態進行控制；
步驟2，飛輪沿偏航軸安裝，確定偏航軸輪控模式及用於磁控的磁場強度：當偏航磁場強度絕對值大於滾動磁場強度絕對值時，俯仰軸磁力矩器對滾動姿態進行磁控制，飛輪採用角動量交換方式對偏航姿態進行控制；當偏航磁場強度絕對值小於等於滾動磁場強度絕對值時，滾動姿態基於陀螺力矩控制，飛輪採用角動量交換方式對偏航姿態進行控制；
步驟3，飛輪斜裝，確定輪控模式及用於磁控的磁場強度：根據滾動和偏航磁場強度對滾動或偏航進行直接動量交換控制；當滾動磁場強度絕對值大於偏航磁場強度絕對值時，偏航姿態基於陀螺力矩控制，對滾動姿態進行直接動量交換控制；當滾動磁場強度絕對值小於等於偏航磁場強度絕對值時，滾動姿態基於陀螺力矩控制，對偏航姿態進行直接動量交換控制；
步驟4，三軸的磁控電流輸出和俯仰軸的飛輪磁卸載融合控制，實現非偏置動量衛星三軸穩定控制。
2.根據權利要求1所述的非偏置動量單飛輪加磁控制方法，其特徵在於，所述步驟1具體包括如下步驟：
步驟1.1，計算輪控電壓Vx：
其中，Kp為比例控制參數、Ki為積分控制參數、Kd為微分控制參數；為滾動軸姿態角；為滾動軸角速率；Vpx為滾動軸比例控制電壓值、Vsxk為滾動軸積分控制電壓值、Vsxk-1為滾動軸上周期積分控制電壓值、Vdx為滾動軸微分控制電壓值；所述輪控電壓Vx=Vpx+Vsx+Vdx，其中，Vsx為滾動軸積分控制電壓值；
步驟1.2，計算磁卸載電流：
其中，By、Bz分別為俯仰軸和偏航軸的磁場強度；dwspdx為滾動軸飛輪待卸載轉速；I_magx、I_magy、I_magz分別為滾動軸、俯仰軸和偏航軸的磁卸載電流；根據磁場強度的分布，By為一極小值，因此用於滾動軸飛輪卸載的主要是俯仰軸俯仰軸磁力矩器，I_magz近似為0；
步驟1.3，確定用於磁控的磁場強度：若單飛輪為滾動軸飛輪，則滾動軸姿態主要由滾動軸飛輪進行控制，俯仰軸姿態由滾動軸磁力矩器和偏航軸磁力矩器進行控制，而偏航軸姿態由俯仰軸磁力矩器進行控制；同時俯仰軸磁力矩器兼顧滾動軸的姿態控制，並用於滾動軸飛輪的卸載：
若滾動軸磁場強度絕對值小於偏航軸磁場強度絕對值，則：
若滾動軸磁場強度絕對值大於等於偏航軸磁場強度絕對值，則：
其中，Bx為滾動軸磁場強度；Mag_X為用於磁控的滾動軸磁場強度；Mag_Z為用於磁控的偏航軸磁場強度；
步驟1.4，計算磁控電流Iconx、Iconz：
其中，ky1為俯仰軸姿態角計算滾動軸磁控電流參數、ky2為俯仰軸角速度計算滾動軸磁控電流參數、ky3為俯仰軸姿態角計算偏航軸磁控電流參數、ky4為俯仰軸角速度計算偏航軸磁控電流參數；θ為俯仰軸姿態角；為俯仰軸角速度；Bx為滾動軸磁場強度、Bz為偏航軸磁場強度；
步驟1.5，計算磁電流Ix、Iz輸出：
3.根據權利要求1所述的非偏置動量單飛輪加磁控制方法，其特徵在於，所述步驟2具體包括如下步驟：
步驟2.1，計算輪控電壓Vz：
其中，Kp為比例控制參數、Ki為積分控制參數、Kd為微分控制參數；為偏航軸姿態角；為偏航軸角速率；Vpz為偏航軸比例控制電壓值、Vszk為偏航軸積分控制電壓值、Vszk-1為偏航軸上周期積分控制電壓值、Vdz為偏航軸微分控制電壓值；所述輪控電壓Vz=Vpz+Vsz+Vdz，其中，Vsz為偏航軸積分控制電壓值；
步驟2.2，計算磁卸載電流：
其中，Bx、By分別為滾動軸和俯仰軸的磁場強度；dwspdz為偏航軸飛輪待卸載轉速；I_magx、I_magy、I_magz分別為滾動軸、俯仰軸和偏航軸的磁卸載電流；根據磁場強度的分布，By為一極小值，因此用於滾動軸飛輪卸載的主要是俯仰軸俯仰軸磁力矩器，I_magx近似為0；
步驟2.3，確定用於磁控的磁場強度：若單飛輪為偏航軸飛輪，則偏航軸姿態主要由偏航軸飛輪進行控制，俯仰軸姿態由滾動軸磁力矩器和偏航軸磁力矩器進行控制，而滾動軸姿態由俯仰軸磁力矩器進行控制；同時俯仰軸磁力矩器兼顧偏航軸的姿態控制，並用於偏航軸飛輪的卸載：
滾動軸磁場強度絕對值大於偏航軸磁場強度絕對值，且偏航軸磁場強度絕對值小於0.1Gs，則：
滾動軸磁場強度絕對值不大於偏航軸磁場強度絕對值，或偏航軸磁場強度絕對值不小於0.1Gs，則：
其中，Bx為滾動軸磁場強度；Mag_X為用於磁控的滾動軸磁場強度；Mag_Z為用於磁控的偏航軸磁場強度；
步驟2.4，計算磁控電流Iconx、Iconz：
其中，ky1為俯仰軸姿態角計算滾動軸磁控電流參數、ky2為俯仰軸角速度計算滾動軸磁控電流參數、ky3為俯仰軸姿態角計算偏航軸磁控電流參數、ky4為俯仰軸角速度計算偏航軸磁控電流參數；
θ為俯仰軸姿態角；為俯仰軸角速度；Bx為滾動軸磁場強度、Bz為偏航軸磁場強度；
步驟2.5，計算磁電流Ix、Iz輸出：
4.根據權利要求2或3所述的非偏置動量單飛輪加磁控制方法，其特徵在於，所述俯仰軸為磁控電流和卸載電流的綜合值：；其中：；
5.根據權利要求4所述的非偏置動量單飛輪加磁控制方法，其特徵在於，所述I_magy通過飛輪安裝軸確定。
6.根據權利要求1所述的非偏置動量單飛輪加磁控制方法，其特徵在於，所述飛輪斜裝對三軸均有角動量分量。
7.根據權利要求1或2所述的非偏置動量單飛輪加磁控制方法，其特徵在於，所述步驟1中，俯仰軸磁力矩器根據偏航姿態對滾動施加干擾力矩，飛輪吸收干擾，通過陀螺力矩控制偏航姿態。
8.根據權利要求1或3所述的非偏置動量單飛輪加磁控制方法，其特徵在於，所述步驟2中，俯仰軸磁力矩器根據滾動姿態對偏航施加干擾力矩，飛輪吸收干擾，通過陀螺力矩控制滾動姿態。
9.根據權利要求1所述的非偏置動量單飛輪加磁控制方法，其特徵在於，所述飛輪的角動量軸與滾動軸之間的夾角為30°。
實施方式
同時參閱圖1至圖3。《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》是通過以下技術方案實現的。
一種非偏置動量單飛輪加磁控制方法，包括如下步驟：
步驟1，飛輪沿滾動軸（X軸）安裝，確定滾動軸輪控模式及用於磁控的磁場強度：當滾動磁場強度絕對值大於偏航磁場強度絕對值時，俯仰軸磁力矩器對偏航姿態進行磁控制，飛輪採用角動量交換方式對滾動姿態進行控制；或當滾動磁場強度絕對值小於等於偏航磁場強度絕對值時，偏航姿態基於陀螺力矩控制，飛輪採用角動量交換方式對滾動姿態進行控制；
步驟2，飛輪沿偏航軸（Z軸）安裝，確定偏航軸輪控模式及用於磁控的磁場強度：
當偏航磁場強度絕對值大於滾動磁場強度絕對值時，俯仰軸磁力矩器對滾動姿態進行磁控制，飛輪採用角動量交換方式對偏航姿態進行控制；
當偏航磁場強度絕對值小於等於滾動磁場強度絕對值時，滾動姿態基於陀螺力矩控制，飛輪採用角動量交換方式對偏航姿態進行控制；
步驟3，飛輪斜裝，確定輪控模式及用於磁控的磁場強度：
根據滾動和偏航磁場強度對滾動或偏航進行直接動量交換控制；
當滾動磁場強度絕對值大於偏航磁場強度絕對值時，偏航姿態基於陀螺力矩控制，對滾動姿態進行直接動量交換控制；
當滾動磁場強度絕對值小於等於偏航磁場強度絕對值時，滾動姿態基於陀螺力矩控制，對偏航姿態進行直接動量交換控制；
步驟4，三軸（X、Y、Z軸）的磁控電流輸出和俯仰軸（Y軸）的飛輪磁卸載融合控制，實現非偏置動量衛星三軸穩定控制。
優選地，所述步驟1具體包括如下步驟：
所述步驟1具體包括如下步驟：
步驟1.1，計算輪控電壓Vx：
其中，Kp為比例控制參數、Ki為積分控制參數、Kd為微分控制參數；為滾動軸姿態角；為滾動軸角速率；Vpx為滾動軸比例控制電壓值、Vsxk為滾動軸積分控制電壓值、Vsxk-1為滾動軸上周期積分控制電壓值、Vdx為滾動軸微分控制電壓值；
所述輪控電壓Vx=Vpx+Vsx+Vdx，其中，Vsx為滾動軸積分控制電壓值，同Vsxk；
步驟1.2，計算磁卸載電流：
其中，By、Bz分別為俯仰軸和偏航軸的磁場強度；dwspdx為滾動軸飛輪待卸載轉速；I_magx、I_magy、I_magz分別為滾動軸、俯仰軸和偏航軸的磁卸載電流；
根據磁場強度的分布，By為一極小值，因此用於滾動軸飛輪卸載的主要是俯仰軸俯仰軸磁力矩器，I_magz近似為0；
步驟1.3，確定用於磁控的磁場強度：
若單飛輪為滾動軸飛輪，則滾動軸姿態主要由滾動軸飛輪進行控制，俯仰軸姿態由滾動軸磁力矩器和偏航軸磁力矩器進行控制，而偏航軸姿態由俯仰軸磁力矩器進行控制；同時俯仰軸磁力矩器兼顧滾動軸的姿態控制，並用於滾動軸飛輪的卸載：
若滾動軸磁場強度絕對值小於偏航軸磁場強度絕對值，則：
若滾動軸磁場強度絕對值大於等於偏航軸磁場強度絕對值，則：
其中，Bx為滾動軸磁場強度；Mag_X為用於磁控的滾動軸磁場強度；Mag_Z為用於磁控的偏航軸磁場強度；
步驟1.4，計算磁控電流Iconx、Iconz：
其中，ky1為俯仰軸姿態角計算滾動軸磁控電流參數、ky2為俯仰軸角速度計算滾動軸磁控電流參數、ky3為俯仰軸姿態角計算偏航軸磁控電流參數、ky4為俯仰軸角速度計算偏航軸磁控電流參數；為俯仰軸姿態角；為俯仰軸姿態角速度；Bx為滾動軸磁場強度、Bz為偏航軸磁場強度；
步驟1.5，計算磁電流Ix、Iz輸出：
優選地，所述步驟2具體包括如下步驟：
步驟2.1，計算輪控電壓Vz：
其中，Kp為比例控制參數、Ki為積分控制參數、Kd為微分控制參數；為偏航軸姿態角；為偏航軸角速率；Vpz為偏航軸比例控制電壓值、Vszk為偏航軸積分控制電壓值、Vszk-1為偏航軸上周期積分控制電壓值、Vdz為偏航軸微分控制電壓值；
所述輪控電壓Vz=Vpz+Vsz+Vdz，其中，Vsz為為偏航軸積分控制電壓值，同Vszk；
步驟2.2，計算磁卸載電流：
其中，Bx、By分別為滾動軸和俯仰軸的磁場強度；dwspdz為偏航軸飛輪待卸載轉速；I_magx、I_magy、I_magz分別為滾動軸、俯仰軸和偏航軸的磁卸載電流；根據磁場強度的分布，By為一極小值，因此用於滾動軸飛輪卸載的主要是俯仰軸俯仰軸磁力矩器，I_magx近似為0；
步驟2.3，確定用於磁控的磁場強度：若單飛輪為偏航軸飛輪，則偏航軸姿態主要由偏航軸飛輪進行控制，俯仰軸姿態由滾動軸磁力矩器和偏航軸磁力矩器進行控制，而滾動軸姿態由俯仰軸磁力矩器進行控制；同時俯仰軸磁力矩器兼顧偏航軸的姿態控制，並用於偏航軸飛輪的卸載：
滾動軸磁場強度絕對值大於偏航軸磁場強度絕對值，且偏航軸磁場強度絕對值小於0.1Gs，則：
滾動軸磁場強度絕對值不大於偏航軸磁場強度絕對值，或偏航軸磁場強度絕對值不小於0.1Gs，則：
其中，Bx為滾動軸磁場強度；Mag_X為用於磁控的滾動軸磁場強度；Mag_Z為用於磁控的偏航軸磁場強度；
步驟2.4，計算磁控電流Iconx、Iconz：
其中，ky1為俯仰軸姿態角計算滾動軸磁控電流參數、ky2為俯仰軸角速度計算滾動軸磁控電流參數、ky3為俯仰軸姿態角計算偏航軸磁控電流參數、ky4為俯仰軸角速度計算偏航軸磁控電流參數；為俯仰軸姿態角；為俯仰軸角速度；
步驟2.5，計算磁電流Ix、Iz輸出：
所述俯仰軸為磁控電流和卸載電流的綜合值：；其中：；
優選地，所述I_magy通過飛輪安裝軸確定。
優選地，所述飛輪斜裝對三軸均有角動量分量。
優選地，所述步驟1中，俯仰軸磁力矩器根據偏航姿態對滾動施加干擾力矩，飛輪吸收干擾，通過陀螺力矩控制偏航姿態。
優選地，所述步驟2中，俯仰軸磁力矩器根據滾動姿態對偏航施加干擾力矩，飛輪吸收干擾，通過陀螺力矩控制滾動姿態。
優選地，所述飛輪的角動量軸與滾動軸之間的夾角為30°。
具體為：《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》的方法具體步驟如圖3所示：
a.計算輪控轉速
1）若為X軸飛輪：
其中：kp、ki、kd為輪控參數；
——滾動軸姿態角和角速率。X軸輪控電壓：
。
2）若為Z軸飛輪：
其中：kp、ki、kd為輪控參數；——偏航軸姿態角和角速率。
Z軸輪控電壓：
；斜裝飛輪根據安裝角調整輪控電壓。
b.計算磁卸載電流
1）若為X軸飛輪
式中：Bx、By、Bz——三軸磁場強度；dwspdx—X軸飛輪待卸載轉速；I_magx、I_magy、I_magz——三軸磁卸載電流。
根據磁場強度的分布，By為一極小值，因此用於X軸飛輪卸載的主要是Y軸磁力矩器，I_magz近似為0。
2）若為Z軸飛輪
式中：dwspdz-Z軸飛輪待卸載轉速。
同樣用於Z軸飛輪卸載的主要是Y軸磁力矩器，I_magx近似為0。
c.確定用於磁控的磁場強度
1）若為X軸飛輪
若單飛輪為X軸飛輪，則X軸姿態主要由X軸飛輪進行控制，Y軸姿態由X/Z軸磁力矩器進行控制，而Z軸姿態由Y軸磁力矩器進行控制；同時Y軸磁力矩器兼顧X軸的姿態控制，並用於X飛輪的卸載。
●若X軸磁場強度絕對值小於Z軸磁場強度絕對值，則：
●若X軸磁場強度絕對值不小於Z軸磁場強度絕對值，則：
2）若為Z軸飛輪
若單飛輪為Z軸飛輪，則Z軸姿態主要由Z軸飛輪進行控制，Y軸姿態由X/Z軸磁力矩器進行控制，而X軸姿態由Y軸磁力矩器進行控制；同時Y軸磁力矩器兼顧Z軸的姿態控制，並用於Z軸飛輪的卸載。
●若X軸磁場強度絕對值大於Z軸磁場強度絕對值，且Z軸磁場強度絕對值小於0.1Gs，則：
●若X軸磁場強度絕對值不大於Z軸磁場強度絕對值，或Z軸磁場強度絕對值不小於0.1Gs，則：
式中：Bx、Bz-衛星X/Z軸磁場強度；Mag_X、Mag_Z——用於磁控的X/Z軸磁場強度。
d.計算磁控電流
1）X軸磁控電流：
2）Z軸磁控電流：
3）Y軸磁控電流：
控X軸：
控Z軸：
Y軸總的磁控電流：
其中：ky1、ky2、kx1、kx2、kz1、kz2——磁控電流參數，試驗中ky1為1000，ky2為100000，kx1、kz1為20，kx2、kz2為20000。
e.計算磁電流輸出
無論是X軸飛輪或Z軸飛輪，用於飛輪卸載的主要為Y軸磁力矩器，因此三根磁力矩器的輸出分別如下所示：
1）X/Z軸磁力矩器為磁控電流：
；
。
2）Y軸磁力矩器為磁控電流和卸載電流的綜合值：
。
該實施例提供的非偏置動量單飛輪加磁控制方法，僅依靠單個飛輪和磁控實現非偏置動量衛星三軸穩定控制，並進行了飛輪最佳安裝角設計。根據滾動和偏航磁場強度確定俯仰軸磁力矩器對滾動/偏航姿態進行磁控制，沿滾動或偏航正裝飛輪根據滾動和偏航磁場強度進行角動量交換控制與陀螺力矩控制，斜裝飛輪採用直接動量交換控制，並套用磁對飛輪卸載；根據在軌滾動和偏航磁場強度特點設計飛輪最佳安裝角。
該實施例系統配置要求簡單，僅需要單個飛輪和磁控實現非偏置動量衛星三軸穩定控制，提高了系統可靠性；能夠套用於微小衛星飛輪控制和中大型衛星飛輪故障控制模式；根據滾動和偏航磁場強度進行角動量交換控制與陀螺力矩控制，算法計算簡單，易於工程套用。
榮譽表彰
2016年12月7日，《非偏置動量單飛輪加磁控制方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
