[發(fā)明專利]一種航天器六自由度固定時間交會對接控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810281838.0
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN108427281B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡慶雷;陳巍;郭雷;王陳亮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種航天器六自由度固定時間交會對接控制方法，考慮了推進器安裝偏差，包括考慮服務(wù)航天器存在推進器安裝偏差的情況下，構(gòu)建其與翻滾目標航天器的六自由度交會對接運動模型，該模型包括兩個航天器之間的相對位置和相對姿態(tài)運動描述；基于建立的考慮推進器安裝偏差的交會對接運動模型，利用相關(guān)運動變量，獲得新固定時間滑模面；基于滑模面獲得固定時間交會對接控制器，并構(gòu)建新的自適應(yīng)律來估計推進器安裝偏差角，該方法具有固定時間特性，控制精度高，防止參數(shù)過估計等優(yōu)點，適用于有較高實時性要求的六自由度航天器交會對接控制任務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天器控制技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于航天器交會對接中的六自由度運動控制，具體涉及一種考慮推進器安裝偏差的航天器六自由度固定時間交會對接控制方法。

背景技術(shù)

目前，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，各國進行了大量航天器的發(fā)射，如何實現(xiàn)服務(wù)航天器和翻滾目標航天器的交會對接，是服務(wù)航天器完成在軌維護的重要保障。同時，交會對接操作往往具有時間約束，要求在一定時間段內(nèi)完成相關(guān)任務(wù)；此外，考慮到服務(wù)航天器在實際中存在推進器安裝偏差，由此會對服務(wù)航天器交會對接過程中的六自由度運動控制提出了更高的要求。因此，如何實現(xiàn)考慮推進器安裝偏差的航天器六自由度固定時間交會對接控制，是在軌服務(wù)的一項關(guān)鍵技術(shù)。

針對當前已經(jīng)有的服務(wù)航天器與翻滾目標航天器六自由度交會對接控制研究并不多，且目前的研究主要包括兩個問題：(1)考慮六自由度交會對接的控制策略多數(shù)無法確保相關(guān)操作在指定時間段內(nèi)完成，在實際操作中可行性較差；(2)已有的處理服務(wù)航天器推進器安裝偏差所采用的自適應(yīng)控制策略，容易出現(xiàn)參數(shù)過估計或者保守性較強的情況，會導(dǎo)致參數(shù)估計值與實際值出現(xiàn)較大偏差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種航天器六自由度固定時間交會對接控制方法，由于服務(wù)航天器的推進器在實際中會有安裝偏差，并且服務(wù)航天器與翻滾目標航天器的交會對接過程具有時間約束，所以為了實現(xiàn)針對兩個問題的服務(wù)航天器高精度控制，具有固定時間特性的滑模控制方法，設(shè)計的新型固定時間滑模面實現(xiàn)相關(guān)運動跟蹤誤差變量在固定時間內(nèi)收斂，此外構(gòu)建的參數(shù)自適應(yīng)規(guī)律用來估計推進器安裝偏差角，防止出現(xiàn)參數(shù)過估計的現(xiàn)象，避免了參數(shù)估計值與實際值的較大偏差，從而實現(xiàn)了具有魯棒性的服務(wù)航天器六自由度交會對接控制。

本發(fā)明提供一種航天器六自由度固定時間交會對接控制方法，考慮了推進器安裝偏差，包括以下步驟：

(1)考慮服務(wù)航天器存在推進器安裝偏差的情況下，構(gòu)建其與翻滾目標航天器的六自由度交會對接運動模型，該模型包括兩個航天器之間的相對位置和相對姿態(tài)運動描述；

(2)基于步驟(1)建立的考慮推進器安裝偏差的交會對接運動模型，利用相關(guān)運動變量，設(shè)計一種固定時間滑模面；

(3)基于步驟(2)的滑模面設(shè)計固定時間交會對接控制器，并構(gòu)建新的自適應(yīng)律來估計推進器安裝偏差角。

其中，步驟(1)中考慮服務(wù)航天器存在推進器安裝偏差的情況下，構(gòu)建其與翻滾目標航天器的六自由度交會對接運動模型，建模的具體過程為：

分別建立服務(wù)航天器和翻滾目標航天器的相關(guān)坐標系，為固連在目標航天器質(zhì)心的體坐標系，為固連在服務(wù)航天器質(zhì)心的體坐標系，為固連在翻滾目標航天器質(zhì)心的軌道坐標系，為固連在地球中心的慣性坐標系：

首先，得到服務(wù)航天器與翻滾目標航天之間相對位置運動模型：