[發(fā)明專利]一種針對(duì)空間非合作目標(biāo)自主逼近控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810828100.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108803346B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁建平;李琪;張博;張軍華;王偉;高琛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

1.一種針對(duì)空間非合作目標(biāo)自主逼近控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)、建立航天器近距離逼近非合作目標(biāo)過(guò)程中的相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型；航天器在逼近非合作目標(biāo)過(guò)程中的相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型表示如下：

其中X_p,1＝[x,y,z]^T表示服務(wù)航天器相對(duì)于 非合作目標(biāo)的位置矢量在非合作目標(biāo)軌道坐標(biāo)系下的表示，表示服務(wù)航天器相對(duì)于 非合作目標(biāo)的速度矢量在非合作目標(biāo)軌道坐標(biāo)系下的表示，和表示X_p,1和X_p,2相對(duì)于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，θ表示非合作目標(biāo)的軌道真近點(diǎn)角，和分別表示θ相對(duì)于時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，F(xiàn)＝[F_x,F_y,F_z]^T表示控制力矢量，f_d＝[f_d,x,f_d,y,f_d,z]^T表示外部干擾力，Y_p,1表示系統(tǒng)的輸出；矩陣A₁的具體表達(dá)式為非線性項(xiàng)g的具體表達(dá)式為

其中和的精確值為：

其中和表示服務(wù)航天器對(duì)和的測(cè)量值，和測(cè)量過(guò)程中存在的不確定性；

步驟2)、根據(jù)步驟1)所建立的相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型，利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)逼近過(guò)程中的不可測(cè)狀態(tài)和不確定項(xiàng)進(jìn)行觀測(cè)與估計(jì)，得到擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)值；對(duì)不可測(cè)狀態(tài)和不確定項(xiàng)進(jìn)行觀測(cè)與估計(jì)，將相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)一步表示成下面形式，即：

其中矩陣A₁₀的具體表達(dá)式為非線性項(xiàng)g₁的具體表達(dá)式如下：

將非線性項(xiàng)g₁視為一個(gè)擴(kuò)張狀態(tài)X_p,3，即X_p,3＝g₁，則相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型轉(zhuǎn)化為如下的擴(kuò)張狀態(tài)系統(tǒng)：

其中ν(t)表示非線性項(xiàng)g₁相對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，是未知有界的；

建立如下的線性擴(kuò)張觀測(cè)公式，即

其中ω₀表示線性擴(kuò)張觀測(cè)器的帶寬，且滿足ω₀＞0，Z_p,i表示對(duì)狀態(tài)X_p,i的觀測(cè)值；

令E_p,i＝Z_p,i-X_p,i(i＝1,2,3)表示觀測(cè)器的觀測(cè)誤差，并對(duì)觀測(cè)誤差進(jìn)行量綱化，即令得到：

其中

A_e是一個(gè)赫爾維茨矩陣；任意的對(duì)稱正定矩陣Q，都存在一個(gè)唯一的正定矩陣P，滿足如下等式，即

步驟3)、對(duì)步驟2)所得到的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)值對(duì)相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型中出現(xiàn)的不確定項(xiàng)進(jìn)行前饋補(bǔ)償，并利用得到的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)值代替不可測(cè)狀態(tài)，進(jìn)而在李雅普諾夫框架下得到控制方程實(shí)現(xiàn)對(duì)非合作目標(biāo)的自主逼近控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)空間非合作目標(biāo)自主逼近控制方法，其特征在于，首先設(shè)計(jì)如下的輔助變量s_p,1，即

s_p,1＝Z_p,2+Λ₁X_p,1

其中Λ₁為一個(gè)3乘3的正定矩陣，結(jié)合步驟2)，對(duì)s_p,1求時(shí)間導(dǎo)數(shù)，可得：

在李雅普諾夫框架下獲得非合作目標(biāo)自主逼近控制方程：

F＝m_c(-A₁₀X_p,1-Z_p,3-Λ₁Z_p,2-K₁s_p,1)

其中K₁表示一個(gè)3乘3的正定矩陣。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種針對(duì)空間非合作目標(biāo)自主逼近控制方法，其特征在于，李雅普諾夫函數(shù)V₁：

V₁對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，并將步驟3)中得到的方程代入上式，可得

利用楊不等式，對(duì)上式進(jìn)行放縮可得

其中ε₁，ε₀，ε₂，以及ε₃表示 正常數(shù)，Ψ的具體表達(dá)式為∑的表達(dá)式為∑＝||PB_ed_f||²，M₁的表達(dá)式為

由上式可知，保證矩陣Λ₁-(ε₁+ε₀)I₃，K₁-Ψ，以及ω₀Q-M₁都是正定的，由上式可得：

其中χ₁＝min(λ_min(Λ₁-ε₁I₃),λ_min(K₁-Ψ),λ_min(ω₀Q-M₁))，λ_min(Λ₁-ε₁I₃)表示Λ₁-ε₁I₃的最小特征值，λ_min(K₁-Ψ)表示K₁-Ψ的最小特征值，λ_min(ω₀Q-M₁)表示ω₀Q-M₁的最小特征值，λ_max(P)表示P的最大特征值。