[發(fā)明專利]一種姿態(tài)控制與姿態(tài)測(cè)量分時(shí)復(fù)用的航天器姿態(tài)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810827097.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN108897336B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙輝;劉曉坤;陳松林;姚郁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): 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: 楊立超

1.一種姿態(tài)控制與姿態(tài)測(cè)量分時(shí)復(fù)用的航天器姿態(tài)控制方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟：

步驟一、設(shè)定航天器姿態(tài)閉環(huán)控制采樣周期，并將單位航天器姿態(tài)閉環(huán)控制采樣周期劃分為姿態(tài)測(cè)量分時(shí)時(shí)間區(qū)間和姿態(tài)控制分時(shí)時(shí)間區(qū)間；

步驟二、在姿態(tài)控制分時(shí)時(shí)間區(qū)間內(nèi)進(jìn)行執(zhí)行器力矩指令規(guī)劃；所述執(zhí)行器力矩指令規(guī)劃具體包括：

在姿態(tài)控制分時(shí)時(shí)間區(qū)間內(nèi)采用梯形指令規(guī)劃，將姿態(tài)控制分時(shí)時(shí)間區(qū)間(t_s,t_k]依次分為力矩上升段力矩平穩(wěn)段及力矩下降段力矩上升段、力矩平穩(wěn)段及力矩下降段的時(shí)長(zhǎng)均為1/3姿態(tài)控制分時(shí)時(shí)間區(qū)間，規(guī)劃后的力矩指令如下式(1)所示：

其中，T(t)表示t時(shí)刻執(zhí)行器力矩指令；t_k-1和t_k分別為第k個(gè)航天器姿態(tài)閉環(huán)控制采樣周期(t_k-1,t_k]的開始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻；(t_k-1,t_s]為姿態(tài)測(cè)量分時(shí)時(shí)間區(qū)間，t_s為姿態(tài)測(cè)量分時(shí)時(shí)間區(qū)間的結(jié)束時(shí)刻；為力矩上升段的結(jié)束時(shí)刻，為力矩平穩(wěn)段的結(jié)束時(shí)刻；T_b為指令規(guī)劃后力矩平穩(wěn)段的力矩指令；

步驟三、利用沖量等效原理確定力矩指令規(guī)劃后的力矩指令；

步驟四、設(shè)計(jì)姿態(tài)控制器實(shí)現(xiàn)分時(shí)后的航天器姿態(tài)閉環(huán)控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種姿態(tài)控制與姿態(tài)測(cè)量分時(shí)復(fù)用的航天器姿態(tài)控制方法，其特征在于，步驟三中所述矩指令規(guī)劃后的力矩指令的確定具體包括：

在單位航天器姿態(tài)閉環(huán)控制采樣周期內(nèi)，利用沖量等效原理建立如下式(2)：

其中，T′_b為分時(shí)復(fù)用前單位采樣周期內(nèi)姿態(tài)控制器提供的控制力矩；

結(jié)合式(1)、式(2)，整理后得到：

其中，T_b為指令規(guī)劃后力矩平穩(wěn)段的力矩指令。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種姿態(tài)控制與姿態(tài)測(cè)量分時(shí)復(fù)用的航天器姿態(tài)控制方法，其特征在于，步驟四中所述姿態(tài)控制器的設(shè)計(jì)具體為：

所述姿態(tài)控制器采用PD控制器；依賴航天器閉環(huán)控制穩(wěn)定性分析，設(shè)計(jì)三軸閉環(huán)控制的PD控制器，如下式：

其中，T_bx、T_by、T_bz分別為T_b在X軸、Y軸、Z軸方向的分量；K_px為X方向PD控制器的比例參數(shù)、K_py為Y方向PD控制器的比例參數(shù)、K_pz為Z方向PD控制器的比例參數(shù)；K_dx為X方向PD控制器的微分參數(shù)，K_dy為Y方向PD控制器的微分參數(shù)，K_dz為Z方向PD控制器的微分參數(shù)；θ、ψ分別為航天器在X軸、Y軸、Z軸方向的姿態(tài)角；分別為θ、ψ的導(dǎo)數(shù)。