[發(fā)明專利]一種基于機動能力辨識的抗干擾四元數(shù)姿態(tài)機動路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811504397.2
• 申請日: 2018-12-10
• 公開（公告）號: CN109634294B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱艦;陳海朋;黃飛;盛宏媛;楊孔進
• 申請（專利權(quán)）人: 上海航天控制技術(shù)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

一種基于機動能力辨識的抗干擾四元數(shù)姿態(tài)機動路徑規(guī)劃方法，動態(tài)調(diào)整機動開始時刻，消除干擾；對機動能力進行在線辨識，根據(jù)限制條件自主進行最優(yōu)機動路徑規(guī)劃。可適用于飛行器空間任意角度的姿態(tài)調(diào)姿軌跡在線規(guī)劃需求，具有一定的普適性。本發(fā)明可有效抑制干擾影響；根據(jù)飛行器實際動力學(xué)特性在線規(guī)劃，充分利用機動能力，實現(xiàn)快速大角度機動；規(guī)劃的姿態(tài)機動路徑平滑，目標計算精確，穩(wěn)定性好。且本發(fā)明解決干擾造成的偏差過大、超調(diào)過大問題；通過評估飛行器的機動能力，使得在不同的飛行時段、故障狀態(tài)下能夠高效率的進行姿態(tài)機動；保證大角度機動過程的軌跡平滑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于機動能力辨識的抗干擾四元數(shù)姿態(tài)機動路徑規(guī)劃方法，屬于飛行器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

關(guān)于基于四元數(shù)的姿態(tài)機動路徑規(guī)劃方法，目前多采用加速-勻速-減速姿態(tài)機動方法，事先設(shè)定機動過程的加速度和角速度，采用bang-cosst-bang(BCB)方案，將航天器姿態(tài)經(jīng)理想“加速-勻速-減速”階段的路徑作為規(guī)劃路徑，BCB路徑可使系統(tǒng)快速響應(yīng)，但控制精度不高，且造成一定的機動能力浪費；已有方法提出基于拋物線型角加速度曲線的三段式機動路徑規(guī)劃算法，考慮了最大角速度和最大角加速度限制，但未考慮初始干擾的影響。

對于目前已有的四元數(shù)姿態(tài)機動路徑規(guī)劃方法，需要解決的問題有：(1)如何解決干擾造成的偏差過大、超調(diào)過大問題；(2)如何評估飛行器的機動能力，使得在不同的飛行時段、故障狀態(tài)下能夠高效率的進行姿態(tài)機動；(3)如何保證大角度機動過程的軌跡平滑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題為：提供一種基于機動能力辨識的抗干擾四元數(shù)姿態(tài)機動路徑規(guī)劃方法，是一種能夠克服初始干擾，在線估計機動能力并進行機動路徑規(guī)劃的方法，解決干擾造成的偏差過大、超調(diào)過大問題；通過評估飛行器的機動能力，使得在不同的飛行時段、故障狀態(tài)下能夠高效率的進行姿態(tài)機動；同時保證大角度機動過程的軌跡平滑。

本發(fā)明解決的技術(shù)方案為：一種基于機動能力辨識的抗干擾四元數(shù)姿態(tài)機動路徑規(guī)劃方法，步驟如下：

(1)判斷當前飛行器三軸角速度是否滿足姿態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)時角速度要求，若滿足進行步驟(2)；若不滿足保持當前四元數(shù)不變；

(2)設(shè)飛行器三軸角加速度為i＝x,y,z，設(shè)K_i為飛行器執(zhí)行機構(gòu)的開關(guān)系數(shù)，b_3i為當前軸i的力矩系數(shù)，K_i表示開關(guān)特征量用當前軸i的力矩系數(shù)表示初始時刻力矩系數(shù)特征量的初值Θ(0)，用三軸角加速度表示觀測量y(k)；根據(jù)開關(guān)特征量力矩系數(shù)特征量Θ(k)的初值Θ(0)和觀測量y(k)，遞推確定力矩系數(shù)特征量

(3)根據(jù)步驟(2)確定的計算姿態(tài)機動過程的最大角加速度

(4)判斷任務(wù)要求的姿態(tài)機動總時間T是否能夠完成姿態(tài)機動，若能完成，則根據(jù)步驟(3)得到的最大角加速度、任務(wù)要求的姿態(tài)機動總時間T和姿態(tài)角度變化最大量θ，計算滿足任務(wù)要求的最大角速度ω_max；否則，結(jié)束路徑規(guī)劃，無法完成任務(wù)；

(5)根據(jù)當前四元數(shù)q_gb和目標四元數(shù)q_gm，計算機動四元數(shù)q_bm并進行符號歸一化處理，再根據(jù)符號歸一化處理后的q_bm的矢量部分最大值|q_max|，計算三軸機動角加速度

(6)根據(jù)步驟(3)得到的步驟(4)得到的ω_max和步驟(5)得到的三軸機動角加速度計算加速時間t₂、加速角θ₂和勻速角Δq₀；

(7)根據(jù)步驟(6)得到的Δq₀的符號，生成相應(yīng)角速度插值矩陣Γ(ω)；

(8)根據(jù)步驟(7)角速度插值矩陣Γ(ω)，生成當前程序四元數(shù)q_cx(n)，完成路徑規(guī)劃。