[發(fā)明專利]一種基于模型預(yù)測(cè)控制的太陽(yáng)帆姿態(tài)軌道耦合控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810844693.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109164817B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁建平;高琛;袁靜;張軍華;李琪;王偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08
• 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)

1.一種基于模型預(yù)測(cè)控制的太陽(yáng)帆姿態(tài)軌道耦合控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立RCDs在太陽(yáng)帆姿態(tài)軌道控制中的控制力矩和控制力模型；

針對(duì)具有自旋特性的太陽(yáng)帆，建立與自旋運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的本體坐標(biāo)系以及與自旋運(yùn)動(dòng)相關(guān)的本體固連坐標(biāo)系太陽(yáng)帆的外邊緣覆蓋圓環(huán)狀分布的RCDs薄膜，圓環(huán)的內(nèi)外半徑分別為r_b和r_c，在中，將RCDs圓環(huán)均勻的分為4個(gè)部分，記為A₁,A₂,A₃和A₄，且對(duì)應(yīng)部分RCDs處于“off”狀態(tài)的面積比例分別為u_y+，u_y-，u_z+和u_z-，令A(yù)_s表示太陽(yáng)帆薄膜的總面積，u為RCDs處于“off”狀態(tài)的面積比例，則處于“off”狀態(tài)的太陽(yáng)帆所受的太陽(yáng)光壓力F_off、處于“on”狀態(tài)太陽(yáng)帆所受的太陽(yáng)光壓力F_on和太陽(yáng)帆所受的總太陽(yáng)光壓力分別為：

F＝F_off+F_on (3)

P為太陽(yáng)輻射壓；和分別表示太陽(yáng)光線單位矢量和太陽(yáng)帆法向單位矢量；C_{a_off}，C_{d_off}，C_{s_off}和C_{a_on}，C_{d_on}，C_{s_on}分別為RCDs處于“off”狀態(tài)和“on”狀態(tài)時(shí)太陽(yáng)帆的吸收、散射和鏡面反射系數(shù)；

太陽(yáng)帆的太陽(yáng)光壓加速度為

其中m為太陽(yáng)帆質(zhì)量；

和方向的控制力矩分別為

其中u_z＝u_z+-u_z-，u_y＝u_y+-u_y-，且

為等效力臂，其表達(dá)式為

u_max表示u的最大值；

u_y，u_z和u之間的關(guān)系為

步驟二：建立地月系統(tǒng)太陽(yáng)帆軌道運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程；

步驟三：建立地月系統(tǒng)太陽(yáng)帆姿態(tài)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程；

步驟四：結(jié)合步驟二和步驟三的方程，建立太陽(yáng)帆相對(duì)運(yùn)動(dòng)耦合方程；

步驟五：利用步驟四所得的耦合方程，采用模型預(yù)測(cè)控制方法設(shè)計(jì)控制律。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模型預(yù)測(cè)控制的太陽(yáng)帆姿態(tài)軌道耦合控制方法，其特征在于：步驟二中令r_ref＝[x_ref y_ref z_ref]^T表示太陽(yáng)帆參考軌跡，δr＝[δx δy δz]^T表示受控軌跡r_c與參考軌跡r_ref之間的相對(duì)位置矢量且r_c＝r_ref+δr，在地月系統(tǒng)會(huì)合坐標(biāo)系下，太陽(yáng)帆的無(wú)量綱非線性相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程為：

式中

且為受控軌跡無(wú)量綱加速度和參考軌跡無(wú)量綱加速度的差值；μ為地月系統(tǒng)質(zhì)量參數(shù)；

關(guān)于參考軌跡r_ref對(duì)公式(11)進(jìn)行線性化，得太陽(yáng)帆的無(wú)量綱線性軌道相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程為

式中：且

其中α和β為太陽(yáng)帆的偏航角和俯仰角。