[發明專利]一種包含不確定項的空間可機動飛網釋放及展開控制方法

有效

• 申請號: 201610322872.9
• 申請日: 2016-05-16
• 公開（公告）號: CN105905319B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 黃攀峰;張帆;孟中杰;劉正雄
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64G4/00
• 分類號: B64G4/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

【技術領域】

本發明屬于航天器控制技術研究領域，具體涉及一種包含不確定項的空間可機動飛網釋放及展開控制方法。

【背景技術】

可機動空間飛網相較于傳統的不可控空間飛網，具有更加廣泛的作戰空間，可以根據被抓捕目標的軌道和姿態狀態，實時調整可機動飛網自身的姿態和飛行速度等狀態，實現非合作目標的最優抓捕。

為了更好的完成非合作目標抓捕，可機動空間飛網的釋放及展開控制是重要的研究內容。可機動空間飛網的釋放受到所選飛網材料、折疊方式、初始彈射角度及速度，以及飛網與可機動單元的質量比等的影響。在飛網完全彈射后，由于軌道攝動及模型不確定項等干擾的影響，會影響飛網的展開。除此之外，飛網在發射前的折疊存儲方式導致其可機動單元的初始彈射角必然沿飛網的展開方向。此彈射角度雖然利于飛網展開，但也會導致展開極限和飛網編織系繩彈性所帶來的混沌狀態。除此之外，由于系統的復雜性，以及軌道各擾動的存在，系統動力學模型必然包含了諸多不確定向。為了更好的解決此問題，需要設計包含有不確定項的、可靠的釋放和展開控制方法，從而保證空間可機動飛網快速而穩定的釋放及展開。

作為空間非合作目標抓捕的前提，空間可機動飛網的釋放策略和展開控制是整個抓捕任務的關鍵之一，直接影響了抓捕任務是否可以順利進行，是可機動飛網的研究重點。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種包含不確定項的空間可機動飛網釋放及展開控制方法，該方法可實現可機動空間飛網的快速穩定展開。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種包含不確定項的空間可機動飛網釋放及展開控制方法，包括以下步驟：

1)設計空間可機動飛網的構型和拓撲結構；

空間可機動飛網由兩部分構成：不可機動的飛網部分和與其連接的四個可機動單元部分；不可機動的飛網是一個四邊形編織結構體，邊長為L；其構成的網格拓撲結構是正方形網格，邊長為l；四個可機動單元分別與不可機動的飛網的四個角相連，具有測量、計算、控制、推力器、熱電控制、信息交互等分模塊，視為相當量級的微小衛星；

2)建立可機動空間飛網的運動學和動力學公式；

空間可機動飛網的動力學方程為：其中：i表示飛網展開后的第i行，j表示飛網展開后的第j列，r_ij為飛網和四個可機動單元的空間矢量位置，F_ij是飛網上每個編織網格節點的受力，u是系統的控制輸入，ij＝11,1n,n1,nn表示四個可機動單元，ij≠11,1n,n1,nn表示不可機動飛網；飛網上每個編織節點的單一受力是其中E是楊氏模量，A是飛網編織系繩的橫截面積，l飛網編織拓撲網格的邊長，ξ＝|r_ij|-l，α是阻尼系數；

3)計算飛網釋放狀態和展開過程中某一時刻狀態；

飛網初始時刻的系統動量為其中m_ij是可機動單元質量，v是可機動單元的彈出角速度；根據動量守恒定理和步驟1)中的飛網動力學公式，得到飛網彈出后任意時刻的系統狀態為

4)計算空間可機動飛網的狀態判據；

根據軌道坐標系定義，對完全展開后的空間可機動飛網的所有編織節點和四個可機動單元的矢量位置狀態進行邏輯確認；在可機動飛網彈出后，對每一時刻的飛網狀態進行逐行逐列的邏輯確認，當出現飛網狀態混沌時，即應立即引入展開控制算法；

5)設計包含有不確定項的控制輸入u；

設計可機動單元的輸入u：

其中s系統的滑模面：

x為空間可機動系統的狀態，d(x,t)是由物理模型與數學模型之間的模型誤差和軌道攝動所組成的不確定項。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明由于加入了推力器，不同于傳統空間飛網的不可機動特點，其大包絡、可機動、長飛行距離的特點可以更好的完成空間非合作目標抓捕任務；本發明在運動學和動力學建模的基礎上，設計了一種飛網控制器最優引入判據，可以充分利用彈射釋放的動能，根據抓捕點的需要，在最佳時刻引入控制器；本發明在所設計的控制器中加入了不確定項，對系統的模型誤差具有一定的魯棒性。通過飛網展開階段的控制輸入，避免飛網的混沌狀態，可以使飛網快速穩定的釋放并展開，為后續的抓捕任務打下堅實基礎。

【附圖說明】

圖1：空間可機動飛網的結構示意圖；

圖2：空間可機動飛網的坐標系示意圖；

圖3：空間可機動飛網在控制器下的展開示意圖。