[發明專利]一種信息不完備情形下的空間非合作目標接管控制方法

有效

• 申請號: 201710892749.5
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107797449B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 袁建平;王錚;袁源;代洪華
• 申請（專利權）人: 西北工業大學深圳研究院;西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 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

本發明公開了一種信息不完備情形下的空間非合作目標接管控制方法，包括對服務航天器?非合作目標的組合體進行運動學動力學建模；計算組合體的實際慣量參數和估計值；得到組合體輸入分布矩陣的實際值B和計算值的關系；建立信息不完備情形下組合體的運動學動力學方程；將被控對象分為內外兩個環路，建立控制器，實現對組合體的接管控制。實現了在目標信息不完備以及存在干擾、以及參數不確定的情形下，將航天器?非合作目標組合體的姿態調整到期望值的目標。

技術領域

本發明屬于航空航天技術領域，涉及一種信息不完備情形下的空間非合作目標接管控制方法。

背景技術

空間碎片的不斷增多給人類航天活動的安全帶來不利影響，空間碎片的抓捕和移除已成為當前航天在軌服務的研究熱點。另一方面，作為未來空間探索的一部分，小行星的捕獲和研究任務已經成為美國國家航天局的重點項目之一。空間碎片和小行星都是空間非合作目標，其接管控制技術已成為當前急需研究的重要課題。空間非合作目標通常不能配合服務航天器的動作，也不能提供完備的狀態信息。因此，研究信息不完備情形下的接管控制方法，具有重要的理論和實踐意義。

Yoshida等提出了空間非合作目標捕獲過程的完整控制方法，包括接近段的動量法、碰撞過程中的阻抗控制法和碰撞后的分布式動量方法。Liu等提出了一種接管后組合體的比例-微分鎮定方法。Flores等研究了一種最小化碰撞的最優控制策略。此外，Huang等研究了基于空間繩系機器人的一系列接管控制方法。但是，上述方法都未考慮被接管對象的信息不完備性。如前所述，常見的空間非合作目標，如空間碎片、失效航天器和小行星等都不能提供完備的狀態信息。因此，本發明針對信息不完備情形下的空間非合作目標，基于自適應思想提出了一種可靠的接管控制方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種信息不完備情形下的空間非合作目標接管控制方法；實現了在目標信息不完備以及存在干擾、以及參數不確定的情形下，將航天器-非合作目標組合體的姿態調整到期望值的目標。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

這種信息不完備情形下的空間非合作目標接管控制方法，包括以下步驟：

步驟1，對服務航天器-非合作目標的組合體進行運動學動力學建模；

步驟2，計算組合體的實際慣量參數和估計值；

步驟3，得到組合體輸入分布矩陣的實際值B和計算值的關系；

步驟4，建立信息不完備情形下組合體的運動學動力學方程；

步驟5，將被控對象分為內外兩個環路，建立控制器，實現對組合體的接管控制。

更進一步的，本發明的特點還在于：

其中步驟5中控制器包括內環控制律和外環控制律，其中內環控制律通過組合體的期望姿態和姿態運動學進行調整；外環控制律包括非線性反饋和非線性不確定性自適應補償輸出控制分配環節，控制分配環節與輸入不確定性自適應補償輸出姿態動力學。

其中步驟5中內環控制律為ω_e,virtual＝-kq_e，其中k＞0；定義外環控制律為：其中為的估計值，

其中步驟5中控制分配環節為：輸入不確定性的補償項為：其中得到控制律為u＝u_c+u_a。

其中步驟1中組合體的姿態運動學和動力學方程分別用四元數表示為：其中為單元四元數，表示組合體的角速度，B表示控制分布矩陣，u代表控制輸入，d_ext分別代表外干擾，為反對稱矩陣，且S(x)y＝x×y。

其中步驟2中通過平行軸定理計算得到組合體實際慣量參數在控制過程中獲得測量的慣量參數并且計算兩者的差值