[發明專利]一種航天器多級復合控制的目標姿態協同規劃方法及系統

有效

• 申請號: 201810513680.5
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108762285B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 關新;湯亮;王有懿;張科備;郝仁劍;田科豐
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

1.一種航天器多級復合控制的目標姿態協同規劃方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)建立航天器多級復合控制系統動力學模型，確定航天器的敏捷機動最大角加速度、敏捷機動最大角速度ω_max，敏捷機動角度θ，采用正弦路徑規劃方法對敏捷機動角度θ進行規劃，計算航天器的勻加速段時長、勻速段時長和總機動時間；

(2)根據步驟(1)航天器的勻加速段時長、勻速段時長和總機動時間，計算航天器機動過程中時刻t時星體的目標角加速度、目標角速度和目標角度變化曲線；

(3)設置航天器初始姿態機動時刻t＝0，設置星體目標姿態初始狀態θ_b(t)＝0、載荷目標姿態初始狀態θ_p(t)＝0、設置載荷姿態機動計數標志N＝0；定義載荷姿態最大計數N_max，定義載荷姿態機動序列數組長度N_seq，以及載荷姿態機動序列數組；

(4)判斷航天器姿態是否開始機動；若姿態沒有開始機動則返回步驟(3)；若姿態開始機動則進行步驟(5)；

(5)將t+Δt₁的值賦給機動時刻t，計算星體機動時刻t的目標姿態，包括：星體在機動時刻t的目標角加速度、目標角速度、目標姿態；

(6)載荷姿態機動計數標志增加1，即N+1的值賦給N；載荷姿態機動序列數組依次左移一列；最左列為星體當前時刻的目標姿態和目標角速度，目標角加速度；

(7)判斷載荷姿態機動計數標志N是否大于設定的N_max，若N≤N_max，則返回步驟(5)；若NN_max，則進行步驟(8)；

(8)載荷姿態機動計數標志N保持不變，將t+Δt₁的值賦給機動時刻t，計算星體在機動時刻t的目標角加速度a_b(t)、目標角速度ω_b(t)、目標姿態θ_b(t)；載荷姿態機動序列數組依次左移一列；

(9)采用m階牛頓插值法，計算載荷控制周期Δt₂時間的實時載荷目標姿態和目標角速度；

(10)根據步驟(5)星體在機動時刻t的目標角加速度a_b(t)、目標角速度ω_b(t)、目標姿態θ_b(t)以及步驟(9)得到的載荷目標角速度ω_p(t)、目標姿態θ_p(t)，采用星體和載荷兩級姿態控制，計算星體和載荷實時姿態控制量，將星體和載荷實時姿態控制量代入(1)建立的航天器多級復合控制系統動力學模型，進行航天器姿態機動控制；

(11)判斷航天器當前機動時間t是否大于步驟(1)的姿態總機動時間t_m；若t≤t_m，返回步驟(5)；若tt_m，則航天器姿態機動結束，實現星體和載荷目標姿態協同規劃與多級復合控制。

2.根據權利要求1所述的一種航天器多級復合控制的目標姿態協同規劃方法，其特征在于：步驟(1)確定航天器敏捷機動最大角加速度a_max、敏捷機動最大角速度ω_max，敏捷機動角度θ，具體如下：

a_max＝τ_max/I₀

式中，τ_max為執行機構的最大輸出力矩；I₀為航天器慣量；

ω_max＝H_max/I₀

式中，H_max為執行機構的最大角動量。