[發明專利]基于輸入成型的組合體變構型指令設計方法

無效

• 申請號: 201210075379.3
• 申請日: 2012-03-21
• 公開（公告）號: CN102662403A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 劉瑩瑩;周軍;姚雨晗
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05B17/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種組合體變構型指令設計方法，具體涉及一種基于輸入成型的組合體變構型指令設計方法。屬于大型撓性復雜航天器姿態控制領域，適用于空間站等含有多個艙段的組合體進行變構型時的轉位指令設計，也適用于航天器上部件轉位時的指令設計。

背景技術

空間站組裝過程中有可能要求將實驗艙從核心艙的一個對接口轉移到另外一個對接口，一種可能的組合體構型變化為從“一”字型變為“L”型。艙段轉移時待轉移的實驗艙一般處于停控狀態，組合體姿態采用核心艙的控制力矩陀螺(CMG)或噴氣發動機進行控制。

文獻1“馬艷紅，張軍，郭廷榮.空間站組裝時的姿態指令優化[J].載人航天，2010，1：17-20”公開了一種組合體變構型時的姿態指令優化方法，具體為：在組合體轉位過程中，設計核心艙的姿態指令，調節核心艙的姿態角，使環境攝動力矩與轉位運動產生的攝動力矩在一定程度上相抵消，降低了控制力矩陀螺(CMG)在組合體轉位過程中飽和的次數。

文獻2“于哲峰，楊智春.掃描鏡運動對三軸穩定衛星姿態影響研究[J].西北工業大學學報，2003，1(21)：87-90”公開了一種航天器上轉動部件(掃描鏡)的運動形式。掃描鏡在“東-西”方向的一次掃描運動可以描述為：加速啟動，達到額定掃描速度后，進行勻速掃描，掃描完成后，減速停止。在掃描鏡轉動過程中，對航天器主體進行三軸穩定控制。

文獻3“葉東.柔性衛星大角度快速機動穩定控制算法研究[D].哈爾濱工業大學，2009”公開了一種基于輸入成型的航天器大角度機動過程中的撓性振動控制方法。具體是將輸入成型技術作為前饋控制，與閉環反饋控制系統相結合，實現柔性衛星大角度機動的穩定控制，并且有效的減小機動過程中的撓性振動。其中衛星的機動指令為階躍信號。

文獻1中通過核心艙的姿態變化使變構型運動具有良好性能的方法不能保持核心艙對地三軸穩定，并且核心艙的轉動會激起核心艙上帆板的劇烈振動。另外，文獻1是從避免力矩陀螺飽和的角度研究組合體變構型運動的，沒有對變構型過程中的撓性振動進行主動控制。

文獻2研究的是轉位運動對航天器剛性主體三軸姿態的影響，并沒有進一步探討轉位運動對航天器上的撓性附件的影響，更沒有給出對轉位運動中引起的撓性振動的主動抑制方法。

文獻3中給出了一種應用于航天器大角度姿態機動中的撓性振動主動抑制方法，而沒有研究該方法在組合體變構型中的應用。在航天器大角度機動中，航天器構型不變化，主體姿態發生大角度變化；在航天器組合體變構型中，航天器的構型發生變化，而主體保持三軸穩定。

發明內容

為了克服現有的方法對航天器組合體構型變化過程中的撓性振動抑制差的不足，本發明提供一種基于輸入成型的組合體變構型指令設計方法，該方法根據變構型組合體的閉環系統模型，設計輸入成型器，對艙段轉位指令進行調制，使組合體按照調制后的指令進行變構型時，撓性振動得到有效抑制，可以提高大型復雜航天器完成在軌組裝等任務的性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于輸入成型的組合體變構型指令設計方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、設計加速階段輸入成型器，建立初始構型時組合體閉環系統線性化狀態方程，當組合體處于變構型前的構型時，線性化的閉環系統狀態方程為：