[發明專利]基于自抗擾控制技術的碎片抓捕后軌道轉移控制方法

在審

• 申請號: 201710336025.2
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107132764A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 趙丹莉;方群
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 王霞

1.一種基于自抗擾控制技術的碎片抓捕后軌道轉移控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立抓捕后組合系統的動力學模型，根據抓捕后組合系統的運動方程，通過引入虛擬控制量U，將抓捕后組合系統的每一個通道解耦為單輸入-單輸出的子控制系統；

步驟二：根據每個子控制系統的控制模型，設計非線性動態補償控制律；

步驟三：設計每個通道的自抗擾控制器，包括跟蹤微分器、擴張狀態觀測器和非線性狀態誤差反饋控制律，以得到每個通道的虛擬控制量；

步驟四：根據每個通道的虛擬控制量，得出所需的實際控制量。

2.根據權利要求1所述的基于自抗擾控制技術的碎片抓捕后軌道轉移控制方法，其特征在于，步驟一中，對于抓捕后組合系統，其動力學模型方程如下式：

MvMωvTMqvTMωvMωMqωTMqvMqωMqv·0bEω·0bEq··+CvCvωCvqCωvCωCωqCqvCqωCqv0bEω0bEq·=τvτωτq;---(1)]]>

選取狀態空間：

x=p0bΘ0bq,v=v0bEω0bEq·;---(2)]]>

其中，p_0b為航天器質心位置，Θ_0b代表航天器姿態的歐拉角，和為航天器的線速度和角速度，q為操縱機構的關節位置；τ_v是由推進器所產生的作用于航天器的力，τ_ω是由推進器動量陀螺或反作用輪所產生的作用于航天器的力矩，τ_q是操縱器力矩；

將該抓捕后組合系統動力學方程寫為如下狀態空間方程形式：

x··1=f1(x1,x·1,...,xm,x·m)+b11u1+...+b1mumx··2=f2(x1,x·1,...,xm,x·m)+b21u1+...+b2mum...x··m=fm(x1,x·1,...,xm,x·m)+bm1u1+...+bmmumy1=x1,y2=x2,...,ym=xm;---(3)]]>

假設多輸入-多輸出系統是m輸入-m輸出系統，控制量的放大系數b_ij是狀態變量和時間的函數矩陣可逆；

將控制量之外的模型部分f(x₁，x₂，...，x_m)＝[f₁ f₂ ... f_m]^T稱作動態耦合部分，把部分稱作靜態耦合部分；

記x＝[x₁ x₂ ... x_m]^T，f＝[x₁ x₂ ... x_m]^T，u＝[u₁ u₂ ... u_m]^T，并引入虛擬控制量則系統狀態方程變為：

x··=f(x,x·,t)+Uy=x;---(4)]]>

在這個系統中的第i通道的輸入輸出關系為：

x··i=fi(x1,x·1,...,xm,x·m,t)+Uiyi=xi;---(5)]]>

每一個通道的虛擬控制量U_i與被控輸出y_i之間是單輸入-單輸出關系，即第i通道的被控輸出y_i和虛擬控制量之間U_i已經被完全解耦了，而則是作用于第i通道上的擾動總和；

只要有控制量y_i的目標值且y_i能被測量，那么在U_i和y_i之間嵌入一個自抗擾控制器就完全能夠讓y_i達到目標在控制向量U與輸出向量y之間并行地嵌入m個自抗擾控制器能實現多變量系統的解耦控制；系統動態耦合作用的各分量在解耦控制中被當作各自通道上的擾動總和來被估計并補償掉。