[發明專利]空間繩系復合體系統的自適應神經網絡動態面控制器

有效

• 申請號: 201710567822.1
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107390523B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 黃攀峰;魯迎波;孟中杰;張帆;張夷齋;劉正雄
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種空間繩系復合體系統的自適應神經網絡動態面控制器，設計自適應神經網絡動態面控制器實現抓捕后復合體的姿態接管控制；針對設計的控制器對系統進行李雅普諾夫穩定性證明。本發明具有以下有益效果：1)、可用于解決抓捕后繩系復合體系統狀態受限問題；2)、可用于解決抓捕后繩系復合體系統控制輸入受限問題。

技術領域

本發明屬于繩系航天器姿態接管控制領域，涉及一種空間繩系復合體系統的自適應神經網絡動態面控制器。

背景技術

繩系航天器是通過撓性系繩將空間平臺與航天器、抓捕器(飛爪、飛矛、飛舌、飛網等)連接起來而形成的新型空間撓性組合體，這種撓性組合體長度可達幾百米甚至數百公里。繩系航天器接管控制可用于失效航天器的救助、太空垃圾清理、靜止軌道站位再生等操作。繩系抓捕器抓捕旋轉失穩目標后形成復合體，需要利用抓捕器上自帶的裝置(如推力器、反作用輪、磁力矩器等)配合位于空間平臺上的系繩收放裝置實現抓捕后復合體的姿態穩定接管控制，便于后續拖曳變軌或者設備維護等。

考慮到繩系系統的高度非線性、欠驅動的特性，繩系系統的控制變得極為復雜。在過去的幾十年間，針對繩系系統控制的研究已經取得了一定的進展。目前針對繩系系統的控制方法有以下幾種：1)、Peyman Yousefian提出了一種非線性控制率來抑制繩系衛星系統(TSS)的振動；2)、文浩等設計了系繩張力及電流反饋控制律來解決電動力繩系系統的三維釋放問題；3)、張帆等設計了自適應控制器來實現繩系復合體的穩定控制；4)、此外，其它控制方法如優化控制策略、分數階滑模控制方法也被用來實現繩系系統的穩定控制。但是，針對繩系系統狀態受限和控制輸入受限方面的研究很少；此外考慮到繩系系統未建模因素及環境/軌道攝動的影響，我們難以精確建立繩系系統的數學模型，自適應控制策略在實現繩系系統穩定控制中有著其獨特的優勢；為解決此類問題，特設計自適應神經網絡動態面控制器，用障礙李雅普諾夫函數約束繩系系統狀態變量，用徑向基函數神經網絡在線補償模型不確定量及干擾，用輔助抗飽和系統解決系統飽和受限問題，控制律由動態面控制方法得到。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，針對空間繩系復合體系統狀態受限、模型不確定性和控制輸入受限問題，本發明提出一種空間繩系復合體系統的自適應神經網絡動態面控制器。

技術方案

一種空間繩系復合體系統的自適應神經網絡動態面控制器，其特征在于控制器為：

K₂∈R^3×3為待設計的正定矩陣；

z₂∈R^3×1為速度追蹤誤差向量；

z₁₁,z₁₂,z₁₃為位置追蹤誤差向量z₁∈R^3×1的三個分量；

b_a1,b_a2,b_a3為位置追蹤誤差向量z₁∈R^3×1的三個分量的約束邊界；

ξ∈R^3×1為設計的輔助變量；

K_ξ∈R^3×3為待設計的正定矩陣；

為系繩面內角，β為系繩面外角，l為系繩長度，m₁、m₂分別為平臺、抓捕后復合體質量,為系統總質量，Ω為軌道角速度，代表(·)對時間的一階導數；

為輔助虛擬控制律；k₁為正數；