[發明專利]基于繩系空間拖船推力調節的拖拽目標姿態穩定控制方法

有效

• 申請號: 201710432598.5
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107085374B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 張宇靖;鐘睿;孫鑫;賈英宏;金磊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 11232 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華<國際申請>=<國際公布>

本發明提供一種基于繩系空間拖船推力調節的拖拽目標姿態穩定控制方法，步驟如下：一、系統假設：所述的繩系空間拖船是包括拖船、目標物和彈性連接系繩在內的整體，拖船和目標物位于系繩兩端；二、基于最優化計算參考軌跡；三、推導魯棒全局終端滑模控制器；四、加入抗飽和模塊和推力預測修正模塊；通過以上步驟，將步驟三所得魯棒全局終端滑模控制器和步驟四所得抗飽和模塊和推力預測修正模塊結合，得到設計的基于繩系空間拖船推力調節的拖拽目標姿態穩定控制器及其控制方法；該方法設計的控制器能夠滿足約束需求；而所設計的推力預測修正模塊同樣防止了系繩松弛。

【技術領域】

本發明提供一種基于繩系空間拖船推力調節的拖拽目標姿態穩定控制方法，它涉及一種考慮推力飽和、防止系繩松弛和系統約束的繩系空間拖船的拖拽目標姿態穩定控制方法，屬于航天工程中繩系衛星技術領域。

【背景技術】

隨著通過使用繩系空間飛船來轉移包括空間碎片和廢棄衛星在內的軌道目標的提議的提出，繩系空間拖船(TST)系統引起了工業和學術界的廣泛興趣。因為具有應用安全、費用低廉和特別適合于非合作目標等優點，這項技術的前景很廣闊。

TST系統沒有合適的控制策略很容易引發系統風險，例如系繩松弛、拖船和目標物發生碰撞等。對于這些問題，現在有許多學者已經做了一些有用的研究。例如，基于輸入整形的推力控制方案防止碰撞、軌道機動后使系繩擺動穩定的推力的最優控制和離軌時保持系繩張緊的推力控制等。

在TST技術中目標物姿態穩定控制技術是其中的關鍵。因為被拖拽目標物的擺動很容易引起系繩的松弛和纏繞。目前相關的技術多是非連續的，容易引起系繩的抖動行為，從而造成系繩松弛和纏繞。而且相關技術的控制效率不夠高。并且許多相關研究沒有考慮系統的約束情況，不適用于實際情況。所以設計一種考慮系統約束、連續的、高效的并且防范系統風險的拖拽目標物姿態穩定控制方法是有必要的。

【發明內容】

(一)發明的目的

本發明的目的是針對現有方法的不足，提出一種考慮推力飽和、防止系繩松弛和系統約束的繩系空間拖船的拖拽目標姿態穩定控制方法。

(二)本發明的技術方案：

本發明設計了一種基于繩系空間拖船推力調節的拖拽目標姿態穩定控制方法，具體步驟如下：

步驟一、系統假設

所謂的繩系空間拖船是包括拖船、目標物和彈性連接系繩在內的整體，拖船和目標物位于系繩兩端；

為了突出重點問題并簡化運動方程，做如下假設：

(1)地球的重力場是均勻的；

(2)位于系繩兩端的物體可以被認為是剛體；

(3)忽略系繩的截面形變將系繩當作一維度的梁；

(4)忽略軌道平面外的運動；

(5)系繩的長度遠小于軌道尺寸；

(6)推力作用于拖船的質量中心并總是指向軌道運動方向；

步驟二、基于最優化計算參考軌跡

本發明中所述的繩系空間拖船如圖1所示。其力傳遞模型就是將拖船和目標物視為質點，而系繩認為是不可壓縮彈簧得到的簡化模型；忽略拖拽目標的姿態運動得到參考模型，如圖2所示；其參考模型的動力學方程可以寫為