[發(fā)明專利]非合作目標(biāo)組合體航天器的數(shù)據(jù)驅(qū)動姿態(tài)控制器設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810638145.2
• 申請日: 2018-06-20
• 公開（公告）號: CN108804846B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周彬;李冬旭;姜懷遠(yuǎn);段廣仁
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G05D1/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種非合作目標(biāo)組合體航天器的數(shù)據(jù)驅(qū)動姿態(tài)控制器設(shè)計方法，本發(fā)明涉及非合作目標(biāo)組合體航天器的數(shù)據(jù)驅(qū)動姿態(tài)控制器設(shè)計方法。本發(fā)明為了解決設(shè)計非合作目標(biāo)組合體航天器姿態(tài)穩(wěn)定控制器時，組合體航天器參數(shù)未知，導(dǎo)致航天器設(shè)計過程復(fù)雜的問題。本發(fā)明包括：一：建立非合作目標(biāo)組合體航天器姿態(tài)控制的姿態(tài)運動學(xué)方程與姿態(tài)動力學(xué)方程；二：根據(jù)步驟一得到線性化姿態(tài)方程，其中系統(tǒng)矩陣參數(shù)未知；三：根據(jù)得到的線性化姿態(tài)方程采用參量李雅普諾夫方程設(shè)計Kleinman迭代算法的初始反饋增益K₀；四：根據(jù)設(shè)計的初始反饋增益K₀采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，設(shè)計非合作目標(biāo)組合體航天器姿態(tài)控制器。本發(fā)明用于航天器控制領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天器控制領(lǐng)域，具體涉及非合作目標(biāo)組合體航天器的數(shù)據(jù)驅(qū)動姿態(tài)控制器設(shè)計方法。

背景技術(shù)

在軌服務(wù)任務(wù)中，涉及到越來越多的非合作目標(biāo)航天器。因為非合作目標(biāo)航天器的眾多參數(shù)都是未知的，因此在和服務(wù)航天器對接形成組合體之后，必然會造成新組合體質(zhì)量質(zhì)心位置、慣量參數(shù)的未知，同時給系統(tǒng)引入未知動量，給服務(wù)航天器帶來很明顯的擾動，航天器的姿態(tài)可能瞬間發(fā)生巨大的改變，原航天器的姿態(tài)控制系統(tǒng)很難在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定，這將給航天器在太空中相關(guān)任務(wù)的執(zhí)行或者在軌穩(wěn)定運行帶來很多困擾，甚至可能導(dǎo)致航天器控制系統(tǒng)的崩潰。因此，維持姿態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定是服務(wù)航天器與非合作目標(biāo)對接后能夠正常工作的前提，如何消除并預(yù)防非合作目標(biāo)給新組合體姿態(tài)控制造成的影響是至關(guān)重要的。但是，由于非合作目標(biāo)組合體航天器的眾多參數(shù)未知，依然采用動量輪或噴氣裝置按照預(yù)定的控制邏輯進(jìn)行控制，則無法保證組合體航天器姿態(tài)穩(wěn)定，因此需要采用一種新的方法，避開航天器自身的系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)計組合體航天器姿態(tài)穩(wěn)定控制器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決設(shè)計非合作目標(biāo)組合體航天器姿態(tài)穩(wěn)定控制器時，組合體航天器參數(shù)未知，導(dǎo)致航天器設(shè)計過程復(fù)雜的缺點，而提出一種非合作目標(biāo)組合體航天器的數(shù)據(jù)驅(qū)動姿態(tài)控制器設(shè)計方法。

一種非合作目標(biāo)組合體航天器的數(shù)據(jù)驅(qū)動姿態(tài)控制器設(shè)計方法包括以下步驟：

步驟一：建立非合作目標(biāo)組合體航天器姿態(tài)控制的姿態(tài)運動學(xué)方程與姿態(tài)動力學(xué)方程；

步驟二：根據(jù)步驟一建立的非合作目標(biāo)組合體航天器姿態(tài)控制的姿態(tài)運動學(xué)方程與姿態(tài)動力學(xué)方程得到線性化姿態(tài)方程，其中系統(tǒng)矩陣參數(shù)未知；

步驟三：根據(jù)步驟二得到的線性化姿態(tài)方程采用參量李雅普諾夫方程設(shè)計Kleinman迭代算法的初始反饋增益K₀；

步驟四：根據(jù)步驟三設(shè)計的初始反饋增益K₀采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，設(shè)計非合作目標(biāo)組合體航天器姿態(tài)控制器。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提出基于參量Lyapunov方程的非合作目標(biāo)組合體航天器的數(shù)據(jù)驅(qū)動姿態(tài)控制器設(shè)計方法。本發(fā)明所提出的方法最顯著的優(yōu)點是，針對參數(shù)未知情況下的非合作目標(biāo)組合體航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)，設(shè)計者將Kleinman迭代算法的思想引入到航天器姿態(tài)控制器設(shè)計過程中，通過適當(dāng)?shù)牡刃ё儞Q，有效避開了系統(tǒng)參數(shù)矩陣和，直接利用系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代，從而獲得使組合體航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的線性全局鎮(zhèn)定近似最優(yōu)控制器。

通過步驟二設(shè)計的基于參量Lyapunov方程，設(shè)計了一類控制器，在不依賴系統(tǒng)參數(shù)的具體值的情況下，使得線性化系統(tǒng)在穩(wěn)定的前提下，達(dá)到一定收斂速度。并作為初始控制器以啟動步驟三中所提出的最優(yōu)控制器迭代方法，得到使非合作目標(biāo)組合體航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的線性全局鎮(zhèn)定近似最優(yōu)控制器，并且控制器效果說明：仿真結(jié)果中，圖2和圖3可以看出在經(jīng)過20次迭代后，即可得到使組合體航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)穩(wěn)定的近似最優(yōu)控制器。圖4-圖10的對比中可以顯示所的控制器的控制效果與理論最優(yōu)控制器相近。

附圖說明

圖1是地心慣性坐標(biāo)系和衛(wèi)星參考坐標(biāo)系示意圖；