[發(fā)明專(zhuān)利]小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811540524.4
• 申請(qǐng)日: 2018-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109669471B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔平遠(yuǎn);付文濤;朱圣英;徐瑞;劉陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/08
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 北京理工正陽(yáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟1：建立小天體懸停姿軌一體動(dòng)力學(xué)模型；

式中，為探測(cè)器相對(duì)目標(biāo)懸停點(diǎn)的對(duì)偶四元數(shù)，為的共軛，為探測(cè)器相對(duì)目標(biāo)懸停點(diǎn)的角速度旋量在探測(cè)器本體坐標(biāo)系下的投影，為目標(biāo)懸停點(diǎn)的角速度旋量，為..的導(dǎo)數(shù)，為探測(cè)器對(duì)偶慣量矩陣，為探測(cè)器對(duì)偶慣量矩陣的逆，為作用于探測(cè)器質(zhì)心的對(duì)偶引力，為作用于探測(cè)器質(zhì)心的對(duì)偶控制力，為作用于探測(cè)器質(zhì)心的對(duì)偶擾動(dòng)力；

步驟2：通過(guò)構(gòu)造擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器，對(duì)影響系統(tǒng)輸出的各種擾動(dòng)作用進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，通過(guò)實(shí)時(shí)估計(jì)結(jié)果在非線(xiàn)性控制律中進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜非線(xiàn)性系統(tǒng)的良好控制，降低環(huán)境擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)控制精度的影響，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)器精確懸停在預(yù)定懸停點(diǎn)。

步驟2具體實(shí)現(xiàn)方法如下，

步驟2.1：利用小天體懸停姿軌一體動(dòng)力學(xué)模型中作為虛擬控制量對(duì)進(jìn)行控制，使能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)的實(shí)時(shí)跟蹤；

步驟2.2：構(gòu)建擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器，對(duì)步驟2.1所述的對(duì)偶慣量矩陣的變化和外界復(fù)雜環(huán)境帶來(lái)的干擾進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)；

步驟2.3：利用跟蹤微分器對(duì)角速度旋量誤差進(jìn)行平滑處理；

步驟2.4：將步驟2.2所述的擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器估計(jì)出的系統(tǒng)擾動(dòng)與步驟2.3所述的跟蹤微分器產(chǎn)生的跟蹤信號(hào)進(jìn)行組合，得到控制系統(tǒng)最終的控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜非線(xiàn)性系統(tǒng)的良好控制，降低環(huán)境擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)控制精度的影響，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)器精確懸停在預(yù)定懸停點(diǎn)。

2.如權(quán)利要求1所述的小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，其特征在于：步驟2.1具體實(shí)現(xiàn)方法為，

控制目標(biāo)是使跟蹤目標(biāo)值，趨于0；影響小天體懸停姿軌一體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)輸出的各種擾動(dòng)包括由于燃料消耗對(duì)偶慣量矩陣的變化和外界復(fù)雜環(huán)境帶來(lái)的干擾；

期望達(dá)到狀態(tài)對(duì)應(yīng)的誤差對(duì)偶四元數(shù)為，為了達(dá)到利用虛擬控制量驅(qū)動(dòng)的目的，設(shè)計(jì)虛擬控制量的形式如下

其中fal(e，τ_i，δ_i)，i＝1，2，3為非線(xiàn)性函數(shù)，表達(dá)式為

α₁，τ₁，δ₁為待整定的參數(shù)，通過(guò)調(diào)整待整定的參數(shù)α₁，τ₁，δ₁，使能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)的實(shí)時(shí)跟蹤。

3.如權(quán)利要求2所述的小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，其特征在于：步驟2.2具體實(shí)現(xiàn)方法為，

針對(duì)式的第二式給出擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器的形式

其中，，為觀(guān)測(cè)器的輸出，h₁為觀(guān)測(cè)器采樣周期，β₀₁，β₀₂，τ₂，δ₂為待整定參數(shù)，通過(guò)調(diào)整待整定參數(shù)β₀₁，β₀₂，τ₂，δ₂，實(shí)現(xiàn)對(duì)步驟2.1所述的對(duì)偶慣量矩陣的變化和外界復(fù)雜環(huán)境帶來(lái)的干擾實(shí)時(shí)估計(jì)。

4.如權(quán)利要求3所述的小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，其特征在于：步驟2.3具體實(shí)現(xiàn)方法為，

利用如公式所示跟蹤微分器對(duì)角速度旋量誤差進(jìn)行平滑處理；

其中，fhan(x₁，x₂，r，h)為最速跟蹤控制綜合函數(shù)，參數(shù)r₀為跟蹤微分器的快速因子，參數(shù)h₀為跟蹤微分器的濾波因子，h₂為積分步長(zhǎng)，其表達(dá)式為

5.如權(quán)利要求4所述的小天體懸停姿軌耦合自抗擾控制方法，其特征在于：步驟2.4具體實(shí)現(xiàn)方法為，

對(duì)于步驟1所述的小天體懸停姿軌一體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，將步驟2.2所述的擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器估計(jì)出的系統(tǒng)擾動(dòng)與步驟2.3所述的跟蹤微分器產(chǎn)生的跟蹤信號(hào)進(jìn)行組合，得到控制系統(tǒng)最終控制律為

其中，α₂，τ₃，δ₃為待整定的參數(shù)；

通過(guò)調(diào)整待整定參數(shù)α₂，τ₃，δ₃得到控制系統(tǒng)最終的控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜非線(xiàn)性系統(tǒng)的良好控制，降低環(huán)境擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)控制精度的影響，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)器精確懸停在預(yù)定懸停點(diǎn)。